王健

（中機(jī)國(guó)際工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

某市政污泥處理廠脫水車(chē)間板框壓濾脫水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，板框壓濾機(jī)與皮帶輸送機(jī)的安裝位置及設(shè)備選型匹配設(shè)計(jì)均一并考慮，設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能地采用水平皮帶輸送機(jī)，可有效提高設(shè)備使用壽命和生產(chǎn)能力。另外，除應(yīng)保證各設(shè)備有效對(duì)接外，還要做好大塊泥餅破碎、防止泥餅灑落等細(xì)節(jié)方面的結(jié)構(gòu)處理，以確保壓濾泥餅?zāi)軌驘o(wú)遺灑、順利轉(zhuǎn)運(yùn)至預(yù)定堆放位置。

1 設(shè)備總體布置

如圖1所示，三臺(tái)板框壓濾機(jī)1橫向并排布置在脫水車(chē)間三樓，其安裝支腿固定在車(chē)間二樓的鋼筋混凝土基礎(chǔ)上，三臺(tái)板框壓濾機(jī)根據(jù)生產(chǎn)需要可以任意組合運(yùn)行。板框壓濾機(jī)1的泥餅卸除工序開(kāi)始后，翻板1（3）已向下打開(kāi)，隔膜板1（1）與配板1（2）依次從右向左拉開(kāi)，人工用泥鏟將泥餅從板間卸下，并依靠泥餅重力自由掉落在濾板下方。為了保證卸下的泥餅及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)至渣料間，在板框壓濾機(jī)正下方橫向并排布置3臺(tái)板框皮帶輸送機(jī)2用于收集卸下的泥餅，并在3臺(tái)板框皮帶輸送機(jī)2的卸泥端縱向布置1臺(tái)匯總皮帶輸送機(jī)3將泥餅運(yùn)送至渣料間。板框壓濾機(jī)1卸泥時(shí)，其對(duì)應(yīng)的板框皮帶輸送機(jī)2和匯總皮帶輸送機(jī)3同時(shí)運(yùn)行，未卸泥板框壓濾機(jī)1所對(duì)應(yīng)的板框皮帶輸送機(jī)2不動(dòng)作。

圖1 板框壓濾機(jī)、皮帶輸送機(jī)布置圖

2 皮帶輸送機(jī)組成與工作原理

皮帶輸送機(jī)由導(dǎo)料槽及刮料板、頭架、電動(dòng)滾筒、輸送帶、承載托輥、中間架及支腿、回程托輥、防偏滾筒、尾架、張緊裝置、改向滾筒、溜槽等零部件組成。三臺(tái)板框皮帶輸送機(jī)上方設(shè)置了破料鋼板格柵，壓濾機(jī)上卸下的泥餅自由下落接觸到破料鋼板時(shí)，大塊泥餅落體產(chǎn)生的沖擊力可將其破碎成小塊泥餅，便于泥餅轉(zhuǎn)運(yùn)和貯存，破料鋼板格柵的尺寸可根據(jù)用戶(hù)對(duì)泥餅大小要求來(lái)確定。皮帶機(jī)朝出料端方向均設(shè)置了3‰的下行坡度，保證了輸送帶上滴漏的水或沼液均能順利流走而不積存在輸送帶上。環(huán)形輸送帶繞裝在電動(dòng)滾筒和改向滾筒上，并通過(guò)張緊裝置拉動(dòng)改向滾筒將輸送帶張緊，輸送帶上段底部均勻設(shè)置了承載托輥，用于支承輸送帶上段和泥餅重量，輸送帶下段底部均勻設(shè)置了回程托輥，用于支承輸送帶下段重量，在輸送帶上段兩側(cè)均勻設(shè)置了防偏滾筒，可以控制輸送帶的跑偏范圍。當(dāng)啟動(dòng)皮帶輸送機(jī)時(shí)，電動(dòng)滾筒得電旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)滾筒外壁與輸送帶接觸面間產(chǎn)生的摩擦力矩帶動(dòng)輸送帶運(yùn)動(dòng)，從而將帶面上的泥餅輸送到預(yù)定位置，當(dāng)停止皮帶輸送機(jī)時(shí)，電動(dòng)滾筒斷電停止旋轉(zhuǎn)，輸送帶處于靜止?fàn)顟B(tài)。

3 皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 皮帶輸送機(jī)所需輸送能力

單臺(tái)板框壓濾機(jī)每小時(shí)出泥量W：

式中，a為矩形濾室邊長(zhǎng)（m）；b為最大泥餅厚度（m）；n為泥餅數(shù)量（塊）；ρ泥為泥餅密度（t/m3）；t為出泥時(shí)間（h）；板框皮帶輸送機(jī)所需輸送能力≥W；匯總皮帶輸送機(jī)所需輸送能力≥3W。

3.2 原始參數(shù)及物料特性

（1）物料：含水率60%壓濾污泥，破碎后為不大于300×300×35（mm）塊狀泥餅，動(dòng)堆積角30°；（2）長(zhǎng)度：匯總皮帶輸送機(jī)L1、板框皮帶輸送機(jī)L2；（3）質(zhì)量輸送能力：板框皮帶輸送機(jī)所需輸送能力≥W，匯總皮帶輸送機(jī)所需輸送能力≥3W；（4）物料堆積密度：1t/m3；（5）輸送形式：水平輸送；（6）板框皮帶輸送機(jī)溜槽應(yīng)與板框壓濾機(jī)、皮帶輸送機(jī)緊密貼合，不漏泥，并配備破料裝置，方便污泥輸送。

3.3 初定設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）上托輥間距1200mm，下托輥間距2500mm，上托輥槽角35°、前傾2°，下托輥為平行托輥；上、下托輥直徑108mm；（2）帶速v=1.0m/s；（3）帶寬B=1000mm；（4）初選尼龍輸送帶NN-300、層數(shù)4層，上覆蓋膠厚6mm，下覆蓋膠厚3mm。

3.4 由帶速、帶寬驗(yàn)算輸送能力Im

式中，Im為輸送機(jī)的最大質(zhì)量輸送能力（t/h）；S為輸送帶上物料的最大橫截面積（m2）；v為帶速（m/s）；k為輸送機(jī)的傾角系數(shù)；ρ為被輸送物料的堆積密度（t/m3）。

（1）查手冊(cè)得輸送帶上物料截面積S=0.1335m2（帶寬B=1000mm、動(dòng)堆積角30°、槽角35°）。

（2）確定k值。輸送機(jī)傾角δ=arctan0.003=0.1718°,查手冊(cè)得k=1。

（3）輸送能力。

若Im≥皮帶輸送機(jī)實(shí)際所需輸送能力，則滿(mǎn)足物料輸送能力要求。

3.5 驅(qū)動(dòng)圓周力的計(jì)算

對(duì)于輸送距離小于80m的皮帶輸送機(jī)，采用精確計(jì)算法。

式中，F(xiàn)u為圓周力（N）；FH為主要阻力（N）；FN為附加阻力（N）；Fs1為特種主要阻力（N）；Fs2為特種附加阻力（N）；Fst為提升阻力（N）。

式中，L為輸送機(jī)長(zhǎng)度（m）；qRO為承載分支每米長(zhǎng)度托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量（kg/m）qRU為回程分支每米長(zhǎng)度托輥旋轉(zhuǎn)部分質(zhì)量（kg/m）；qB為每米長(zhǎng)度輸送帶質(zhì)量（kg/m）；qG為每米長(zhǎng)度物料質(zhì)量（kg/m）；f為模擬摩擦系數(shù)。

式中，Im為質(zhì)量輸送能力（t/h）；v為帶速（m/s）。

式中，F(xiàn)ε為托輥前傾阻力（N）；FgL為導(dǎo)料欄板摩擦阻力（N）。

式中，Lε為裝有前傾托輥的輸送區(qū)段長(zhǎng)度（m）；μ0為托輥與輸送帶間的摩擦系數(shù)，μ0=0.3-0.4；Cε為槽形系數(shù)；δ為輸送機(jī)傾角（°）；ε為托輥軸線相對(duì)于輸送帶縱向軸線的前傾角（°）。

式中，Iv為體積輸送能力（m3/h）；ρ為輸送物料堆積密度（t/m3）；l為裝有導(dǎo)料欄板的輸送區(qū)段長(zhǎng)度（m）；v為帶速（m/s）；b1為導(dǎo)料欄板內(nèi)部寬度（m）；μ2為物料與導(dǎo)料欄板間的摩擦系數(shù)，μ2=0.5-0.7。

式中，F(xiàn)r為清掃器阻力（N）；Fa為犁式卸料器阻力（N）；FgL為局部布置的導(dǎo)料欄板與輸送物料之間的摩擦阻力（N）；Fxx為卸料車(chē)阻力（N）。

該皮帶輸送機(jī)沒(méi)有卸料裝置及局部導(dǎo)料欄板，故Fa=FgL=Fxx=0

式中，Sq為輸送帶與清掃器接觸面積（m2）；P為輸送帶與清掃器之間的壓力，一般P=3×104-10×104N/m2；μ3為輸送帶與清掃器之間的摩擦系數(shù)，一般μ3=0.5-0.7。

式中，qG為每米長(zhǎng)度物料的質(zhì)量（kg/m）；H為提升高度（m）；g為重力加速度，g=9.81m/s2。

該皮帶輸送機(jī)為水平輸送方式，故Fst=0。

式中，F(xiàn)bA為物料加速阻力（N）；Ff為加速段導(dǎo)料欄板摩擦阻力（N）；F1為輸送帶彎曲阻力（N）；Ft為改向滾筒軸承的阻力（N）。

式中，v0為在輸送帶運(yùn)行方向上物料的速度分量（m/s）。

式中，lb為加速段長(zhǎng)度（m）。

式中，μ1為物料與輸送帶之間的摩擦系數(shù)，μ1=0.5～0.7。

對(duì)于織物芯輸送帶：

式中，F(xiàn)為滾筒上輸送帶平均張力（N）；D為滾筒直徑（m）；d為輸送帶厚度（m）。

式中，d0為軸承內(nèi)徑（m）；D為滾筒直徑（m）；Fr為作用在滾筒上輸送帶繞入點(diǎn)和繞出點(diǎn)張力及滾筒旋轉(zhuǎn)部分重力的矢量和（N）。

3.6 輸送機(jī)功率計(jì)算

式中，PA為傳動(dòng)滾筒軸所需功率（kW）；Fu為圓周力（kN）；v為帶速（m/s）。

式中，PM為電機(jī)軸所需功率（kW）；η為傳動(dòng)系統(tǒng)效率。

3.7 輸送帶張力和拉緊力的計(jì)算

（1）保證輸送帶不打滑的最小張力。在傳動(dòng)滾筒上圓周力Fu通過(guò)摩擦傳遞給輸送帶，工作時(shí)，保證傳動(dòng)滾筒與輸送帶間不打滑，滾筒繞出端輸送帶的最小張力T2應(yīng)滿(mǎn)足：

式中，F(xiàn)umax為滿(mǎn)載輸送機(jī)起動(dòng)或穩(wěn)定工況條件下出現(xiàn)的最大圓周力（N）；μ為傳動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦系數(shù)；α為輸送帶在傳動(dòng)滾筒上的圍包角（°）；eμα為尤拉系數(shù)。

（2）限制輸送帶在兩托輥間垂度的最小張力：

式中，a0為承載分支托輥間距（m）；an為回程分支托輥間距（m）；qB為每米長(zhǎng)度輸送帶的質(zhì)量（kg/m）；qG為每米長(zhǎng)度物料的質(zhì)量（kg/m）；g為重力加速度，g=9.81m/s2；(h/a)max為輸送帶許用最大垂度。

（3）拉緊裝置拉緊力：式中，F(xiàn)sp為拉緊裝置拉緊力（N）；Tsp為拉緊滾筒處輸送帶的張力（N）。

3.8 輸送帶層數(shù)計(jì)算

式中，Z為輸送帶層數(shù)；Tmax為穩(wěn)定工況下輸送帶最大張力（N）；n為穩(wěn)定工況下輸送帶安全系數(shù)；B為帶寬（mm）；σ為輸送帶縱向扯斷強(qiáng)度（N/（mm·層））。

若Z不大于初選尼龍輸送帶的層數(shù)，則初選參數(shù)合適，反之，則需重新選定尼龍輸送帶參數(shù)。

4 結(jié)語(yǔ)

皮帶輸送機(jī)具有運(yùn)行可靠、輸送能力大、能耗低、耐久性好、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，柔性輸送膠帶耐沖擊、耐腐蝕，并且該機(jī)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于與臨邊設(shè)備進(jìn)行組合搭配，適用于脫水后污泥的轉(zhuǎn)運(yùn)工作。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，要特別注意如下幾點(diǎn)：（1）輸送機(jī)的輸送能力滿(mǎn)足壓濾機(jī)的單位時(shí)間出泥量要求。（2）壓濾機(jī)出泥時(shí)，翻板與輸送機(jī)溜槽搭接良好，翻板夾角小于泥餅的2倍安息角，保證泥餅?zāi)茼樌麑?dǎo)入至輸送膠帶上且不灑料。（3）皮帶機(jī)上方破料格柵與濾板下沿之間距離滿(mǎn)足泥餅的破碎要求。（4）皮帶機(jī)計(jì)算公式要有據(jù)可查，保證設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程合理、正確。本文所述項(xiàng)目已投入運(yùn)營(yíng)一年多，皮帶輸送機(jī)使用運(yùn)行正常，實(shí)踐證明，此項(xiàng)目的設(shè)備布置及設(shè)計(jì)方法是可行的，值得在行業(yè)里廣泛推廣應(yīng)用。