楊 帆 孫 宇

(北方重工集團有限公司，遼寧 110141)

隨著時代的發(fā)展，用戶對帶式輸送機在低碳、高效、環(huán)保節(jié)能等方面的要求也越來越高。傳統(tǒng)的帶式輸送機清掃方式是利用安裝在帶式輸送機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，仍會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)過回程膠帶的運行和多次的托輥碾壓，累積在輸送帶和托輥及轉(zhuǎn)動組件上，會降低輸送機的運行效率，增加噪音，并降低帶式輸送機的使用壽命。小顆粒物料散落在地面及空氣中，還會造成環(huán)境污染，增加企業(yè)環(huán)境保護的成本。由此可以看出帶式輸送機傳統(tǒng)膠帶清掃方式已經(jīng)不能滿足用戶、市場及環(huán)境等方面的要求，制約著帶式輸送機行業(yè)的發(fā)展。為此，我們研發(fā)了帶式輸送機輸送帶水清洗系統(tǒng)。

1 帶式輸送機輸送帶水清洗系統(tǒng)基本工作原理及構(gòu)成

帶式輸送機輸送帶水清洗系統(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)帶式輸送機的布置、運量、地形等來具體設(shè)計。該清洗系統(tǒng)是將水的特性與機械清掃的性能組合，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)。其中還配備了探測器16，檢測水池中水位，如果水位過低或水位過高就會反饋給控制器18，由控制器控制電磁閥17 開合來給蓄水池補水或者排水。

1.1.1 清洗箱部分的構(gòu)成

圖1 帶式輸送機輸送帶水清洗系統(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 帶式輸送機水清洗系統(tǒng)清洗箱部分的主要部件的設(shè)計計算

帶式輸送機水清洗系統(tǒng)清洗箱部分主要部件設(shè)計計算，主要包括噴水管路設(shè)計計算和清掃器的驗算，這兩方面將直接影響帶式輸送機水清洗系統(tǒng)對膠帶機的清洗效果。

2.1 噴水管路設(shè)計計算

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)地形及帶式輸送機的運量等來設(shè)計、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是扇形噴嘴使用個數(shù)，NA=13 個;NB是矩形噴嘴使用個數(shù)，NB=2 個;VA是扇形噴嘴中水流速;VB是矩形噴嘴中水流速。

當單個噴嘴在流體壓力P=0.3 MPa 時，VA=0.000 1 m3/s，VB=0.000 16 m3/s。可得d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 的計算結(jié)果、噴嘴對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水清洗系統(tǒng)的噴水管路和排水管路。

2.1.2 水流動的定性流量分析

通過實驗計算和采用SolidWorks 2008 軟件計算，兩種方法分析計算了清洗箱的扇形噴嘴中水的流動情況，從而確定水在扇形噴嘴中的最大速度，驗證噴水清洗效果。

2.1.2.1 計算參數(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

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

2.3 清掃器的驗算

2.3.1 清掃器圓柱形壓縮彈簧驗算

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。可得，工作載荷=269 N。

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

2.3.2 清掃器共振驗算

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 清掃器耐用性驗算

帶式輸送機輸送帶水清洗系統(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 方面進行驗算，確保了清掃器在工作時對膠帶始終保持40 N～150 N 的壓力，而且不產(chǎn)生較大的振動。

3 總結(jié)

通過對帶式輸送機輸送帶水清洗系統(tǒng)各組成部分的結(jié)構(gòu)進行分析、計算和設(shè)計，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)備的運行效率和使用壽命等特點，將廣泛應(yīng)用于帶式輸送機行業(yè)中。

［1］成大先.機械設(shè)計手冊［M］.5.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.