火力发电厂带式输送机基础载荷一般算法

冷以康

(华电江苏能源有限公司句容发电厂，江苏 镇江 212400)

火力发电厂带式输送机基础载荷一般算法

冷以康

(华电江苏能源有限公司句容发电厂，江苏 镇江 212400)

带式输送机基础载荷的计算在整个工艺系统的设计中占有重要作用，工艺设计人员能否将基础载荷准确合理地提给土建设计人员，关系到皮带机栈桥、卸煤沟、转运站等的基础造价。目前，设计人员对基础载荷的算法过于简单，没有切实可靠的理论依据，参考类似工程的情况较多。鉴于缺乏可用的计算方法，通过查阅文献与实际工程资料，探讨了带式输送机的基础载荷计算方法，供基础载荷计算时参考。

火力发电厂；电厂输煤；带式输送机；基础载荷；算法

0 引言

带式输送机作为连续输送机械，广泛用于矿山、化工、冶金、电力等工业领域。与其他类型的输送设备相比，具有生产率高、运行平稳可靠、结构简单、输送连续均匀、运行费用低、使用维护方便、可以多点受料卸料、易于实现自动控制及远程操作等优点[1]。

我国的火力发电厂主要是燃煤电厂，由于电厂内运输距离较长，提升高度高，燃煤属散状物料，最重要的是燃煤运输必须满足锅炉连续运行和连续投料要求，因而带式输送机自然成为首选运输设备，绝大多数电站都使用带式输送机作为厂内燃煤输送的唯一途径。另外，刮板输送机大多用作给煤设备和配煤设备，管道输送装置及气动输送装置等由于有多种不足而很少被采用。

1 现状及存在的问题

带式输送机的设计计算主要包括两部分：一部分是系统出力，即功率计算，这是设计的首要工作，直接决定带式输送机的布置、电机的选择等，功率的计算，相关手册已有较为统一的计算方法，但由于各国标准不同，算法有所差异；另一部分则是对带式输送机载荷分布的计算，包括各种机构间的相互作用力，输送物料载荷的传递，皮带和滚筒、托辊和皮带、皮带和物料间的摩擦计算，动态条件下载荷的变化，支架基础对基础面的载荷等，其中我们最关心的是输送机支架基础对基础面的载荷，因为这直接影响土建结构专业的受力分析和输煤系统栈桥等相关建筑的设计。

目前，带式输送机设计时都要考虑其基础处的载荷，但精确计算不仅复杂，而且没有可行的算法，因而在处理这个问题时，大多数设计人员都采用经验法，即根据以往工程的经验数据直接套用，或者在此基础上适当提高载荷值。这些经验值往往是简单的估计所得，可靠性差。皮带机输送系统模型如图1所示。

图1 皮带机输送系统模型

2 计算方法

2.1皮带机头尾架载荷计算

现结合万基项目#10带的机架进行讨论，使用《DTⅡ型带式输送机设计手册》可以算出系统出力，电机功率以及各特性点的受力大小，进而确定各种设备的选型规格。#10带尾架基础如图2所示。把增面滚筒、尾部支架、改向滚筒看做一个整体对其进行受力分析。该刚体目前受到的力可分为3类：(1)上下皮带作用于其上的拉力F1，F2；(2)其自身的重力G1，G2，G3；(3)埋铁对其的作用力Fq3，Fq4。由于F1，F2的作用会对刚体产生一个逆时针的力矩，因此可以从力的平衡与力矩平衡两方面进行分析，计算出埋铁所受的载荷。皮带机尾架载荷分布如图2所示。

当确定好各个设备的型号之后，可以依据手册查出支架、滚筒的重量及支架间的距离，只有埋铁所

图2 皮带机尾架载荷分布

受的力Fq3，Fq4是未知量。现根据力的平衡与力矩平衡计算如下。

(1)力的平衡。

X方向

F1cosα+F2cosα-F5-F6=0 。

(1)

Y方向

F1sinα+F2sinα+Fq3-Fq4-

G1-G2-G3=0 。

(2)

(2)力矩平衡——以F3所在处的埋铁中心为基点做力矩平衡。

逆时针方向力矩为

F1cosα×(h1+d/2)+F1sinα×(L3+L4)+

F2cosα×(h1-d/2)+F2sinα×(L3+L4)。

(3)

顺时针方向力矩为

G1L1+G2L2+G3(L3+L4)+F4L4。

(4)

由于顺时针方向的力矩与逆时针方向的力矩相等，可求出Fq4，将Fq4代入式(2)中可计算出Fq3，水平方向可近似地认为F5=F6，代入式(1)中可求得F5，F6。

2.2带式输送机中部双驱动下受力情况分析

对于大运量、长距离、高倾角的带式输送机，常常采用中部双驱动的形式，它与皮带机头部驱动的方式不太一样，双驱动下部支架的埋铁一般多于两对，运用力的平衡与力矩平衡算不出所有埋件的载荷。现以万基#10带中部驱动为例进行分析，如图3所示。

图3 皮带机中部双驱动架载荷分布图

2.2.1 第1步：确定型心O的位置

此驱动装置下方有5块埋铁，每个埋件的受力方向不同。由于两传动滚筒逆时针转动，所以传送带奔离点在右边的滚筒切线处，那么F1>F2。如果把机架和所有滚筒看做一个刚体，那么此刚体就受到一个顺时针方向的力矩。在此力矩作用下，支架下方的埋铁就受到两个方向的力，分别为下压力和上拔力。那么，首先要做的就是确定上拔力与下压力分界的位置，这个位置暂且称之为埋铁的型心O。确定型心O的位置后，就可以确定埋铁上力的方向。现假设型心O距离Y轴距离为x，型心O左侧所有埋件受到上拔力，右侧所有埋件受到下压力。由于型心O是由F1和F2的作用产生的，所以可以假设力F1在型心O左侧的分布大小与F2在型心O右侧的分布大小相等[2-3]。则依据

(5)

可以求出型心O的具体位置。

2.2.2 第2步：基于力矩平衡进行计算

确定型心位置之后，就确定了埋件受力的方向，现将其大小设定为F3，F4，F5，F6，F7。同时可以计算出每个埋件到型心O的距离Lq5，Lq4，Lq3，Lq1，Lq2。由于F1与F2的作用会产生一个顺时针的力矩，所以各个埋件会受到一个轴向力，假定埋件的刚度相等，则根据变形协调条件可知：

(6)

下面将基于力矩平衡原理对埋件载荷进行求解，如图4所示。

图4 中部双驱动架底部载荷分布图

现把已知力F1，F2，G1，G2，G3，G4，G5对型心O产生的和力矩定为M1，把未知力F3，F4，F5，F6，F7对型心O产生的和力矩定为M2。

冷以康：火力发电厂带式输送机基础载荷一般算法

由力矩平衡原理可知：

M1=M2。[4]

(7)

假定顺时针为正：

M1=F1Lp6+G4Lp4+G5Lp5-F2Lp7-

G3Lp1-G2Lp2-G1Lp3，

(8)

M2=F3Lq5+F4Lq4+F5Lq3+

F6Lq1+F7Lq2。

(9)

联立公式(6)、(7)、(8)、(9)可以算出：

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

由于带式输送机正常运行、启动和制动过程中，胶带张力是变化的，同时考虑到胶带的不均匀给料以及物料下落时的冲击影响，为确保输送机基础不因这些因素而受到损害，在基础载荷计算时，需要考虑一个动载系数作为基础载荷的安全系数。

3 工程实例与分析

某项目港口输送工程输送物料运量大，种类复杂，现将上述计算方法应用到工程项目中，列举出SC-01皮带机尾架、S-02皮带机中部驱动架计算结果。

SC-01皮带的基本参数：输送带宽度，1 200 mm；输送速度，3.15 m/s；输送量，1 200 t/h；头尾滚水平中心距，595.37 m；输送倾角，α=0°；电机功率，160 kW。

S-02皮带的基本参数：输送带宽度，1 000 mm；输送速度，2.8 m/s；输送量，1 200 t/h；头尾滚水平中心距，2 735 m；输送倾角,α=9°；电机功率，2×450 kW。

利用基本参数F1，F2，G1，G2，G3见表1。代入表1数据可计算出SC-01皮带机尾架载荷以及S-02中部驱动架载荷，见表2。

表1 计算基础载荷所需张力 kN

表2 SC-01皮带机尾架载荷值及S-02中部驱动架载荷计算值

注:1.尾支架X向为沿皮带机方向，Z向指垂直水平面，Y向为垂直于皮带机方向；2.主要阐明计算方法，表中数据未计入安全系数，

实际载荷较表中数据略大。

分析表1和表2，带式输送机的基础载荷呈现出一些共同规律：(1)头部支架基础相对其他基础，不论水平还是垂直方向受力都较大，需重点保证其强度；(2)由于基本没有皮带张力的作用，只承受物重，尽管数量最多，中间架预埋钢板载荷很小；(3)Y向载荷这里根据资料适当取值，相对水平载荷和垂直载荷其很小，因为带式输送很少在平面上产生垂直于输送方向的作用力和移动[5]。

4 结束语

带式输送机头尾架形式很多，其支架埋铁一侧一般为2块，基于力的平衡与力矩平衡很容易算出载荷的大小。但是对于中部双传动装置而言，其支架下方埋铁的数量较多，不容易计算，可以根据F1，F2产生的弯曲扭矩先确定出型心点的位置，进而确定各个埋铁是受上拔力还是下压力。然后依据变形协调条件与力矩平衡计算出各个埋件的受力大小。但是对于型心点位置的确定，笔者还没有确凿的理论依据，只是凭着简单的力学分布知识进行选取，因此还有待商榷。

[1]吴春野.不同堆煤工况下的煤场皮带机技术计算[J].煤矿机械，2008(3)：15-16.

[2]火力发电厂运煤设计技术规程 第1部分：运煤系统: DL/T 5187.1—2004[S].

[3]周文生，李小英.带式输送机机架基础荷载的简便计算[J].矿山机械，2010，38(21)：68-70.

[4]丁建国.图表法计算复杂运输条件下带式输送机张力[J].煤矿机械，2008,29(8):21-23.

[5]苏瑞杰，李少康.带式输送机设备点检系统研发[J].中文科技期刊数据库(全文版)：工程技术，2017(4)：237.

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1674-1951(2017)10-0041-03

2017-08-05；

2017-09-13

(本文责编：白银雷)

冷以康(1966—)，男，江苏扬州人，工程师，从事火力发电厂生产管理方面的工作(E-mail:lengyk@163.com)。