1500t斗提机生产能力研究及验证

艾志瑶

摘 要：大连港太平湾散粮泊位工程整个输送工艺系统输送能力为1500t/h，卸船作业流程中将物料输送到计量塔后，需要将物料提升40米的高度后进入仓边皮带，然后进入筒仓顶部皮带进行卸料。目前国内已经投产的斗提机最大为1200t/h，无1500t/h及以上输送能力的成型设备，若采用1500t/h需从新进行设计。因此在方案讨论阶段就对可行性进行了验算，并在实施阶段要进行一比一的样机试验，为确保设计成果真实有效，在大连港散粮码头进行了实验。

关键词：1500t/h斗提机；产量计算；输送能力验证

1、项目背景

大连港太平湾散粮泊位工程卸船作业流程中将物料输送到计量塔后需提升40米的高度进入仓边皮带，目前可采用的方案有两种：（1）斗提机；（2）爬坡皮带。若使用爬坡皮带将物料提升40米的高度投资巨大。目前国内产量最大的斗提机为1200t/h，无1500t/h的成型设备。采用两台1000t/h斗提机并列运行，缺点是由一条输送皮带向两台斗提机供料无法保证均匀分料，单台斗提可能超过额定载荷造成输送系统故障，因此不宜不采用；为解决以上问题，我们参照现有的斗提机对1500t/h的产量进行了理论计算。

2、产量理论计算

决定斗提机的工作效率主要因素有：斗容、斗间距、斗数及皮带运行速度等。根据粮食机械设计手册，国际及国内所认可的斗提机的产量计算公式如下：Q=3.6*i*（K/a）*V*ρ其中，

Q：斗提机产量，单位吨/小时

i： 皮带横向畚斗排数

： 单个畚斗内物料的平均装载量，单位：升

a：安装间距，单位米；

V：斗提机带速，单位m/s；

ρ：物料容重；单位吨/立方米；

根据目前已经投产的斗提机设计使用经验我们可选用容积为10.6升的标准畚斗，排数为4排；根据畚斗的外形尺寸及物料抛物线计算可选取0.19米的斗间距；斗提机带速根据规范可选取3.7m/s；物料容重平均值0.75吨/立方米；按照以上数据计算斗提机的理论计算值可达到约1900吨/小时，实际常量达到理论设计值0.8以上时就可达到1500吨以上的产量。

3、大连港散粮码头实验

试机位置位于大窑湾散粮筒仓扩建二期工程 连接塔④轴与⑤轴之间靠近 ⑤ 轴位置，机头安装于标高+21.500m的平台；机尾安装于+5.500的地面上。提升高度为16米，实验的验证原理为斗提机产量计算依据为斗提机产量Q=3.6*i*（K/a）*V*ρ，实验中需要监测的主要数据为畚斗的装载量及斗提机的线速度。实验中斗提机的线速度编码器检测，畚斗的装载量通过观察口利用高速相机拍摄。为更加准确的观测畚斗装载率，采取了在畚斗内标识刻度线的做法。首先测量畚斗的总容积为10.6升，利用量杯测量分别测试10%到100%水平面距离畚斗顶部的距离标识出刻度彩色杠。

由于皮带的带宽比较宽，采用一台高速像机不能一次性地将一个横排内的斗内物料全部分析出来，但由于进料特性，假设每排斗内的物料装载系数应当基本相同（试验中通过高速相机收集的数据可以分析每排斗内的物料装载情况是否相同）。

根据上述内容：涉及到总产量的公式需要按如下进行修改：

Q：斗提机的总产量

Q1：第一列斗内物料产量，吨/小时；Q1=3.6*（K1/a）*V*ρ

Q2：第二列斗内物料产量，吨/小时；Q2=3.6*（K2/a）*V*ρ

Q3： 第三列斗内物料产量；Q3=3.6*（K3/a）*V*ρ

Q4： 第四列斗内物料产量；Q4=3.6*（K4/a）*V*ρ

則修正之后的产量计算式为：

式中：

Kn：每纵列每个畚斗的平均装载量，通过后续章节高速相机以及图谱及恢复试验法进行称量计算取加权平均值所得；

V： 皮带的带速，通过转速测量仪与贴膜法进行测量头轮转速乘以头轮直径所得；

ρ：物料容重；单位吨/立方米，后续章节中通过采用容积量具以及称重器材进行测量计算。

a：斗间距，该数据为设计值，0.1905米，也可以通过试验进行实测。

在实验中利用高速相机分别记录了理论料位达到10%至80%时物料充满畚斗的百分比，详细数据见表一

斗提机进料口处是否能够均匀布料是斗提机能否达到计算产量的关键环节，现对布料器装置分析如下：

（1）布料器最小部位截面尺寸为 900mm*460mm

（2）假设此布料器通过产量为 Q=1650TPH

（3）在通过最小截面积时的速度为 V1

（4）由公式  1650T=（0.9m*0.46m）*1<物料充满系数>*（ V1m/s）*（3600s/H）*（0.72T/m3）

V1=1650/（0.9*0.46*3600*0.72）=1.55m/s

畚斗装载量分析如下：

（1）斗提机根据第一次试验验证产量可以达到 1650TPH

（2）闸板调节在 1650T 时的高度为 230mm，宽度为 2200mm

（3）因此在闸板处的物料速度

V0=1650t/h/0.72T/m3  <物料容重>/

（2.2m*0.23m）<闸板出截面积>/3600s/h=1.27m/s

（4）在斗提机进料口处的线速度有公式：



（5）此时的料层厚度为H=1650/0.72/2.2/3600/4.8=0.06m

图二为以 0.01s 为基准的物料位移点图，全部物料进入畚斗的距离为 98.54，时间为 98.54mm/3.68m/s； 部分物料进入畚斗的距离为 2*91.96（部分物料进入畚斗分为，开始的由少变多到结束时由多变少两个过程（少的时候上个畚斗的物料会流入，也会有物料溜出到另一个畚斗，所以时间为 2*91.96mm/3.68m/s；两个部分进料过程是呈线性的，总量等于一个过程的整体进料量 1/2*2*91.96mm/3.68m/s=91.96mm/3.68m/s，整个过程的物料进入畚斗的量总体平均一半）物料进入畚斗的时间为：t=（91.96+98.54）mm/3.68m/s<斗提机带速>=0.05177S；进入每个畚斗的物料为：体积=物料高度*畚斗宽度*物料速度*时间=0.06m*0.538m*4.8m/s*0.05177s=0.00802m3=8.02L；在 1650TPH 时畚斗填充系数为 0.78，畚斗容积为 10.6L，畚斗内填充体积为 10.6L*0.78=8.27L；进入畚斗物料与畚斗内总物料比为 8.02L/8.27L*100%=97%。通过照片观察到畚斗的平均的填充量为 0.78 时，此时有 97%的物料是直接喂到畚斗内。试验数据记录，计算出斗提机实际产量，如下：

（1）ρ=0.714t/m3，线速度 V=3.68（现场实测头轮线速度），畚斗平均装载量 K=78.927%（四列畚斗的平均装载），a 为畚斗间距取 0.1905m，计算斗提机产量：

Q=4×K×（10.6/a）×v×ρ×3.6=1661.6971t/h

（2） ρ=0.776t/m3 （现场实际使用的大豆最后测试的容重），线速度V=3.68，畚斗平均装载量K=78.927%，a 为畚斗间距取 0.1905m，计算斗提机产量：Q=4×K ×（10.6/a）×v×ρ×3.6=1805.9901t/h。根据以上数据，1500 t/h 斗提机的实际产量可以达到 1661 t/h，最大产量可达 1805 t/h.

4、结论

通过实验，观测畚斗内的料位来计算斗提机的生产能力到达到1500t/h的产量。

参考文献：

[1]《运输机械设计选用手册》编辑委员会编出版社：化学工业出版社出版时间：1999年1月

[2]《水运工程质量检测标准》JTS257-2008中华人民共和国交通运输部出版时间：2008年12月12日