刮板式输送机的设计计算与仿真

2022-11-17陈亚梅

机械工程师 2022年10期

陈亚梅

（常州工业职业技术学院，江苏常州 213164）

0 引言

刮板式输送机是以循环运动的刮板链条作为牵引构件的一种连续运输机械，可输送流动性较好的散粒物料，广泛应用于冶金、采矿、粮食、电厂等场合。本文设计的刮板输送机是一套炉渣灰处理配套设备，由于炉渣灰温度较高，为给渣灰降温并保证设备的工作温度，输送机设计成全封闭式结构，采用水箱给输送机槽底补水的方式降温。其工作过程为由焚烧炉排下的炉渣经灰斗向下进入输送机头部，渣灰经水封输送得到降温，输送到尾部直接输送至下方捞渣机,最终至渣坑。该封闭式结构的头部、尾部采用箱式机构密封，其它如连接法兰处采用橡胶板和密封胶密封，确保整机密封，同时达到环保要求。

1 设计计算

该输送机输送物料为散装渣灰，结构下方设计为封闭机构，设计输送量为1 t/h左右，设计带速约为0.04 m/s，输送机由于需要对输送物料冷却，传输距离也较长，采用两根链条同时安装在同一根驱动轴上，链轮轮齿相位一致。

输送机牵引力(牵引链条的张力)的计算，根据输送机的工作条件和线路布置的复杂程度确定牵引链条的最小张力FV。经验公式为：

式中：B为地板宽度；LC为输送机头尾链轮间的水平距离；Q为输送量，kg/h；v为链条运行速度，m/s；ρ为物料的堆积密度，kg/m3；c为倾角系数，选值为0.85；φ1为物料动堆积角，φ1=0.65φ，φ为物料的静堆积角。

该型刮板设输送机的设计采用“逐点轮廓计算法”，将布置线路分为若干个连续的区段，给出这些区段连接点的编号，逐点计算得出输送机全程各区段连接点处的张力，每一点的张力等于前一点的张力与这两点区段上输送机所有运行所需阻力之和。

传动链轮上所需的牵引力：

式中：Fu为牵引力；∑Fi为运行阻力之和；Fn为传动链路链条绕入点的张力；Fv为牵引链条的初张力。采用张力法进行链条选型计算，根据设计相关尺寸规格要求，绘制其输送线路计算简图如图1所示。

图1 该输送机输送线路计算图

计算每米长度计算质量，再利用逐点张力计算法计算圆周驱动力，计算出驱动功率，最后选择电动机与链条。根据经验公式，计算运行部分每米长度质量q0、物料的每米长度质量qM，承载分支每米长度质量q。

式中：B为底板宽度；T为相邻物料输送方向的平均间距；cO为底板系数。

采用逐点张力法计算驱动圆周驱动力，其中ω为阻力系数，g为重力加速度，选取以图中1点为最小张力点，以此确定各点张力，如表1所示。

表1 牵引力逐点计算表 N

功率计算：

虽然逐点张力计算较为复杂，但计算结果较为精确，运用此法设计的输送机在实际中得到了很好的工况效果。通过计算结果来选取牵引链条，查取标准GB 8350-2008选取链条型号。选择链轮齿数与设计链轮结构，设计整体机构如图2所示。

图2 输送机整体结构图

在设计计算时，由于经验数据、计算公式的不确定性，以及一些实际工况中的因素，比如含水率、渣灰物料的黏性、链条内部的摩擦等，使得理论公式计算有时会产生误差较大的情况，而传动组件的选型计算是设计的基础，本文针对这种情况，对该输送机在预设的最大工况下，其核心的输送传动部件，如头部链轮链轮轴、链条链板机构等进行了有限元分析计算，进一步提高设计的可靠性。

2 输送机头部链轮传动机构分析计算

输送机头部传动机构如图3所示，其链轮、轴、键均采用40Cr材质，链轮和轴为锻件，链轮齿面为保证耐磨和寿命经高频淬火处理，头尾轴采用整根轴并通过调质处理，为保证传动，键材质也选用40Cr，轴承采用调节量大的调心滚子轴承。

有限元分析在对整个头部两链轮施加最大极限转矩以及对应的转速时，如图3、图4所示，其整个传动的最大应力应变均发生在链轮与轴接触处，传动方向都在右侧，与实际情况相符合。头部传动轴的最大应力为877 MPa，变形为0.004 mm。键的最大应力为525.7 MPa，最大变形为0.0028 mm，均小于材料的许用应力。

图3 头部链轮传动机构的应力应变

图4 头部链轮传动轴和键的应力应变

3 输送机头部链轮与链条传动分析计算

输送机链条采用低链速板链，销轴材质为20Cr，板采用40Cr，刮板链条采用优质合金钢经热处理来保证链条的抗拉强度，由于输送机头轮存在多边形效应，需要对链轮链条进行进一步分析，在链轮上施加设计最大转速，同时在链条两头施加相对应的拉动载荷。分析结果如图5、图6所示，链条的最大应力与应变均小于材料的需用应力应变。