楊 帆 孫 宇

(北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 110141)

隨著時(shí)代的發(fā)展，用戶對(duì)帶式輸送機(jī)在低碳、高效、環(huán)保節(jié)能等方面的要求也越來越高。傳統(tǒng)的帶式輸送機(jī)清掃方式是利用安裝在帶式輸送機(jī)頭部卸料滾筒處的清掃器，清掃回程輸送帶工作面上粘附的物料顆粒。清掃器的清掃效果并不好，尤其是在清掃粘性小顆粒物料時(shí)，仍會(huì)有一些沒清掃干凈的較小的粘性物料粘結(jié)在回程輸送帶面上。而粘結(jié)物經(jīng)過回程膠帶的運(yùn)行和多次的托輥碾壓，累積在輸送帶和托輥及轉(zhuǎn)動(dòng)組件上，會(huì)降低輸送機(jī)的運(yùn)行效率，增加噪音，并降低帶式輸送機(jī)的使用壽命。小顆粒物料散落在地面及空氣中，還會(huì)造成環(huán)境污染，增加企業(yè)環(huán)境保護(hù)的成本。由此可以看出帶式輸送機(jī)傳統(tǒng)膠帶清掃方式已經(jīng)不能滿足用戶、市場(chǎng)及環(huán)境等方面的要求，制約著帶式輸送機(jī)行業(yè)的發(fā)展。為此，我們研發(fā)了帶式輸送機(jī)輸送帶水清洗系統(tǒng)。

1 帶式輸送機(jī)輸送帶水清洗系統(tǒng)基本工作原理及構(gòu)成

帶式輸送機(jī)輸送帶水清洗系統(tǒng)是由清洗箱、給排水和水處理3 部分構(gòu)成。各部分都要根據(jù)帶式輸送機(jī)的布置、運(yùn)量、地形等來具體設(shè)計(jì)。該清洗系統(tǒng)是將水的特性與機(jī)械清掃的性能組合，通過浸潤、剝離、清除、刮除、碾壓等過程，徹底清洗輸送帶面。作為工作介質(zhì)的水，通過系統(tǒng)給排水和水處理部分循環(huán)使用，節(jié)約水資源，不污染環(huán)境。該系統(tǒng)不適用于低溫環(huán)境。

1.1 水清洗系統(tǒng)基本工作原理

水清洗系統(tǒng)的給水泵12 將蓄水池里的水通過過濾器13，再通過上水管14 將水送入清洗箱內(nèi)，通過噴頭在清洗箱中清洗輸送帶，被清除的物料顆粒與水的混合物落入收集器6，經(jīng)回水管8流入緩沖池9 后溢入料水分離池10 沉淀，出料器15 將沉淀的物料排出回收使用，與沉淀物分離后的水溢入蓄水池11，再經(jīng)過過濾器13 和水泵12循環(huán)使用(見圖1)。其中還配備了探測(cè)器16，檢測(cè)水池中水位，如果水位過低或水位過高就會(huì)反饋給控制器18，由控制器控制電磁閥17 開合來給蓄水池補(bǔ)水或者排水。

1.1.1 清洗箱部分的構(gòu)成

圖1 帶式輸送機(jī)輸送帶水清洗系統(tǒng)原理圖Figure 1 Principle drawing of belt conveyer conveying belt water cleaning system

清洗系統(tǒng)的清洗箱是水清洗系統(tǒng)的重要組成部分，它安裝在帶式輸送機(jī)頭部清掃器后卸料滾筒處，將清洗箱與改向滾筒相匹配使用，可以高質(zhì)量地清潔回程輸送帶、消除污染。清洗箱部分主要由以下部件組成:扇形噴嘴1、輸送帶面2、第一清掃器3、改向滾筒4、第二清掃器5、收集器6、矩形噴嘴7、下水管道8、第三清掃器19、彈簧結(jié)構(gòu)15。見圖2、圖3。

圖2 清洗箱側(cè)面剖視結(jié)構(gòu)圖Figure 2 Side section view structure drawing of cleaning box

圖3 清洗箱端面剖視結(jié)構(gòu)圖Figure 3 End face section view structure drawing of cleaning box

2 帶式輸送機(jī)水清洗系統(tǒng)清洗箱部分的主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算

帶式輸送機(jī)水清洗系統(tǒng)清洗箱部分主要部件設(shè)計(jì)計(jì)算，主要包括噴水管路設(shè)計(jì)計(jì)算和清掃器的驗(yàn)算，這兩方面將直接影響帶式輸送機(jī)水清洗系統(tǒng)對(duì)膠帶機(jī)的清洗效果。

2.1 噴水管路設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1.1 根據(jù)流量、流速確定管徑

1.1.2 給排水和水處理部分構(gòu)成

帶式輸送機(jī)輸送帶水清洗系統(tǒng)的給排水和水處理部分，要根據(jù)地形及帶式輸送機(jī)的運(yùn)量等來設(shè)計(jì)、安裝和施工。

式中，v1是排水管內(nèi)水的流速，v1=1 m/s;w 是全部噴嘴的總流量;v 是噴水管內(nèi)水的流速，v=0.4 m/s;NA是扇形噴嘴使用個(gè)數(shù)，NA=13 個(gè);NB是矩形噴嘴使用個(gè)數(shù)，NB=2 個(gè);VA是扇形噴嘴中水流速;VB是矩形噴嘴中水流速。

當(dāng)單個(gè)噴嘴在流體壓力P=0.3 MPa 時(shí)，VA=0.000 1 m3/s，VB=0.000 16 m3/s?？傻胐噴=0.052 m，d排=0.095 m。

根據(jù)式(1)和式(2)，我們可以算出不同帶寬規(guī)格膠帶機(jī)的噴水管徑及排水管徑尺寸，見表1。

表1 水管外徑Table 1 Outer diameters of tubes

工作介質(zhì)在首尾噴嘴處應(yīng)保持壓力一致，綜合表1 的計(jì)算結(jié)果、噴嘴對(duì)管壁厚的要求及管件配套要求和高溫、高鹽霧、淋水工作環(huán)境及加工工藝性等要求，我們選擇統(tǒng)一噴水管外徑D噴=89 mm 和排水管外徑D排=159 mm，壁厚δ=6 mm，材質(zhì)為1Gr18Ni9Ti 的無縫鋼管作為不同帶寬帶式輸送機(jī)水清洗系統(tǒng)的噴水管路和排水管路。

2.1.2 水流動(dòng)的定性流量分析

通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算和采用SolidWorks 2008 軟件計(jì)算，兩種方法分析計(jì)算了清洗箱的扇形噴嘴中水的流動(dòng)情況，從而確定水在扇形噴嘴中的最大速度，驗(yàn)證噴水清洗效果。

2.1.2.1 計(jì)算參數(shù)

最小的流道=0.009 3 m;流體:水;入口環(huán)境壓力:300 000 Pa;出口環(huán)境壓力:100 Pa;溫度:293.2 K。

2.1.2.2 結(jié)果

通過軟件計(jì)算得出最大速度為18.461 m/s，此結(jié)果與實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果相符合，并且完全滿足清洗要求。

2.3 清掃器的驗(yàn)算

2.3.1 清掃器圓柱形壓縮彈簧驗(yàn)算

式中，d 是彈簧材料截面直徑;D2是彈簧中徑。

我們采用材料為65Mn 的彈簧，彈簧材料截面直徑為6 mm，彈簧中徑為50 mm，帶入公式(4)得C=8.33。查表得出材料直徑2.5 mm～6 mm的彈簧旋繞比的推薦值為4～9，而我們選用的彈簧旋繞比C=8.33，在合理范圍內(nèi)。

式中，G1是輸送帶工作壓力，G1=15 kg;G2是清掃器重量，G2=40 kg?？傻?，工作載荷=269 N。

查表根據(jù)材料直徑查出對(duì)應(yīng)的彈簧工作極限載荷Flim=995.2 N，工作載荷只有269 N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于彈簧工作極限載荷。

2.3.2 清掃器共振驗(yàn)算

式中，n 是彈簧有效圈數(shù)，n=8。得vn=106.8 Hz

式中，v 是膠帶運(yùn)行速度，取v=196 m/min;d'是托輥直徑，d'=159 mm。得到vr=6.6 Hz。

通過以上公式，得出清掃器在不同帶速條件下的共振驗(yàn)算結(jié)果如表2。

表2 不同帶速頻率Table 2 Various belts speed frequencies

2.3.3 清掃器耐用性驗(yàn)算

帶式輸送機(jī)輸送帶水清洗系統(tǒng)的易損件是清掃器的刮刀。為了保證清掃器的使用壽命，經(jīng)試驗(yàn)確定清掃器的刮刀材料選用炭化鎢作為刮刀的耐磨材料。

通過清掃器圓柱形壓縮彈簧、清掃器共振、清掃器耐用性3 方面進(jìn)行驗(yàn)算，確保了清掃器在工作時(shí)對(duì)膠帶始終保持40 N～150 N 的壓力，而且不產(chǎn)生較大的振動(dòng)。

3 總結(jié)

通過對(duì)帶式輸送機(jī)輸送帶水清洗系統(tǒng)各組成部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、計(jì)算和設(shè)計(jì)，保證了產(chǎn)品能夠滿足制造工藝和用戶使用的要求。該系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、清洗效果好、節(jié)能、提高設(shè)備的運(yùn)行效率和使用壽命等特點(diǎn)，將廣泛應(yīng)用于帶式輸送機(jī)行業(yè)中。

［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.5.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.