自卸运砂船皮带运输机设计分析

鲁世军

（重庆市船舶检验中心有限公司，重庆 400000）

0 引言

顺应时代的发展，高速公路、房地产的建设也跨入了一个新时代，河砂作为基础建设的主要材料，需求量日益巨增。河砂运输过去大多数采用重型卡车运输方式，此运输方式成本高，还容易出现砂石泄漏造成二次污染[1]。为了保证河砂供货需求，船舶具有装载量大，运输成本低的优势，故研制开发载重量大，投资成本低，高效卸货能力的自卸运砂船迫在眉睫。该船的技术难点在于皮带运输机的设计，本人曾经从事过皮带运输机的设计、施工、实船回访等相关工作[2]。现将本人曾经为实船设计过的自卸运砂船皮带运输机的设计思路做如下分析。

本皮带运输机系统由两部分组成，分别为底舱皮带运输机和通岸皮带运输机，先由底舱皮带运输机将河砂由舱底输出，运送到通岸皮带运输机上，再运送到岸上运砂车，其原始参数及物料特性如下：介质为河砂，松散密度ρ=1800kg/m3，输送能力要求Q≥150t/h，安息角α=40°。

1 底舱皮带运输机的计算

1.1 初始设计参数

机长L=80.9m，其中水平段L=57.5m；倾斜段L=23.4m，高差H=7.3m。

传动滚筒取φ500，电机转速为1460r/min，减速机速比为31.50，由此得带速v=（1460/31.50）×0.5π=46.35×0.5×3.14m/min=1.21m/s。

带宽B=800mm，上托辊间距a0=1m，下托辊间距au=3m，上托辊槽角λ=35°，下托辊槽角0°。

1.2 由带宽、带速验算输送能力

1.3 驱动力及所需传动功率计算

1.3.1 圆周驱动力

由式：FU=CfLg[qRO+qRU+（2qB+qG）]+qGHg+FS1+FS2。

C——查得为2.0；f——模拟摩擦系数，查得为0.025；L——输送机长度80.9m；H——输送机高度差7.3m。

查得上托辊φ108mm，L=315mm，轴承4G205，单个上辊转动部分质量=3.53。

查得下托辊φ108mm，L=950mm，轴承4G205，单个下辊转动部分质量=8.74。

计算qB。初选输送带棉帆布CC-56，Z=8 层。通过查询，CC-56 输送带的每层质量1.36kg/m2，上胶厚δ1=3.0mm，下胶厚δ2=1.5mm。每毫米厚胶料质量1.19kg/m2，带宽0.80m[3]。

图1 舱底皮带运输计算

计算qG，由公式可得：

计算FS1、FS2。由于无导料槽和清扫器，FS1=0、FS2=0。

将上述数值代入公式中得：

1.3.2 传动功率计算

式中：η1——传动滚筒及联轴器效率，取0.80。

1.4 输送带张力计算

1.4.1 限制输送带下垂度的最小张力

1.4.2 输送带工作时不打滑需保持的最小张力

按公式求起动时传动滚筒上最大圆周力。

式中：KA——起动系数，取1.5。

eμφ——尤拉系数，取决于μ，φ，查得eμφ=1.39。

其中：μ——传动滚筒和输送带之间的磨擦系数，取0.10；φ——传动滚筒的围包角，取190°。

由F2min=25677.7（N），计算输送机各点张力，忽略附加阻力，可得F6点张力。

则取F2=25677.7（N），可得稳定工况下F1max=F2+FU=25677.7+6676.2=32353.9（N）。

1.4.3 输送带层数计算

式中：n——稳定工况下输送带静安全系数，取11；σ——输送带纵向扯断强度，取56，取8 层，与初选相同[4]。

底舱皮带运输机部分实际选用情况如下：电动机转速1460r/min，功率15kW 为宜。

传动滚筒选用φ500 传动滚筒，滚筒表面为光面；减速器选用JZQ400-4-1，速比31.50。

2 通岸皮带运输机的计算

2.1 初始设计参数

机长L=25m，高度差H=5m。

传动滚筒取φ320，电机转速为1460r/min，转速机速比：20.49，由此得带速v=1460/20.49×0.32π=71.3×0.32×3.14m/min=1.193m/s。

带宽B=650mm，上托辊间距a0=1m，下托辊间距au=3m，上托辊槽角λ=35°，下托辊槽角0°。

2.2 由带宽、带速验算输送能力

式中：S——输送带上物料的最大横截面积，m2；由θ=（0.5～0.75）α，得θ=20°，查得S=0.0433；k——输送机的倾角δ==11.5°，查得系数为0.935。

最大输送能力Qmax=3.6×0.0433×1.193×0.935×1800=313.0t/h，满足输送能力要求，实船输送能力取Q=200t/h。

2.3 驱动力及所需传动功率计算

2.3.1 圆周驱动力

由式FU=CfLg[qRO+qRU+（2qB+qG）]+qGHg+FS1+FS2。

C——查得为3.2；f——模拟摩擦系数，查得为0.025；L——输送机长度25m；H——输送机高度差5m。

图2 通岸皮带运输机精算

查得上托辊φ89mm，L=250mm，轴承4G204，单个上辊转动部分质量=2.15。

查得下托辊φ89mm，L=750mm，轴承4G204，单个下辊转动部分质量=5.79。

计算qB。初选输送带棉帆布CC-56，Z=5 层。通过查询，CC-56 输送带的每层质量1.36kg/m2，上胶厚δ1=3.0mm，下胶厚δ2=1.5mm。每毫米厚胶料质量1.19kg/m2，带宽0.65m。

计算qG，由公式得：

计算FS1、FS2。由于无导料槽和清扫器，FS1=0、FS2=0。

将上述数值代入公式中得：

2.3.2 传动功率计算

式中：η1——传动滚筒及联轴器效率，取0.80。

2.4 输送带张力计算

2.4.1 限制输送带下垂度的最小张力

2.4.2 输送带工作时不打滑需保持的最小张力

按公式求起动时传动滚筒上最大圆周力：

式中：KA——起动系数，取1.5。

其中：μ——传动滚筒和输送带之间的磨擦系数，取0.10；φ—传动滚筒的围包角，取200°。

由F2min=13098.6（N），计算输送机各点张力，忽略附加阻力，可得F6点张力。

则取F2=13122.9（N），可得稳定工况下F1max=F2+FU=13098.6+3667.6=16766（N）。

2.4.3 输送带层数计算

式中：n——稳定工况下输送带静安全系数，取11；σ——输送带纵向扯断强度，取56，取5 层，与初选相同[5]。

3 结语

综上所述，通岸皮带运输机推荐选用如下：电动机转速1460r/min，功率7.5kW 为宜。传动滚筒选用φ320传动滚筒，滚筒表面为光面。减速器选用JZQ350-5-1，速比20.49（四川资阳市光达减速机制造有限公司）。该船出厂后运行情况良好，特别是皮带运输装置各项技术指标令船东满意，运营成本低、卸载砂石效率高、具有很强的市场竞争力。