石灰石放料裝置的改造方案分析與應(yīng)用

劉建濤， 潘玉國(guó)

（山東魯碧建材有限公司，山東 萊蕪271103）

0 引言

熟料散裝機(jī)是從水泥熟料庫(kù)內(nèi)將熟料自動(dòng)輸送到熟料散裝車(chē)的設(shè)備，如圖1所示，主要由手動(dòng)棒閥、電動(dòng)扇形閥、伸縮卸料裝置、電控柜等部分組成，主要使用于物料粒度不大于50 mm。本公司實(shí)際生產(chǎn)的石灰石礦粒度在0～80 mm之間，由于相關(guān)部門(mén)的設(shè)計(jì)選取不合理，造成在放料過(guò)程中提升裝置鋼絲繩經(jīng)常發(fā)生錯(cuò)位，伸縮布套經(jīng)常發(fā)生卡嵌現(xiàn)象，處理起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且延長(zhǎng)了運(yùn)送物料的車(chē)輛等待時(shí)間，給生產(chǎn)帶來(lái)一定的負(fù)面影響。為提高生產(chǎn)效率、減輕維修強(qiáng)度，在結(jié)合實(shí)際工況的情況下，決定對(duì)其進(jìn)行改造。

圖1 改造前放料裝置

1 方案設(shè)定

由于電液動(dòng)平板閘閥運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，具有過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，決定選用電液動(dòng)平板閘閥來(lái)代替熟料散裝機(jī)。將原放料裝置中的熟料散裝機(jī)、電動(dòng)卷?yè)P(yáng)以及兩臺(tái)控制物料關(guān)停的電液推桿進(jìn)行拆除。借用原來(lái)的倉(cāng)體骨架，上部采用手動(dòng)棒閥，控制下料量及日常維修用。為了降低揚(yáng)塵，再結(jié)合日常車(chē)輛運(yùn)輸過(guò)程中的料高情況，制作500 mm×500 mm、長(zhǎng)為4.2 m的溜子，上、下部分采取法蘭連接?？紤]到電液動(dòng)平板閘閥受力較大，下部采取滿(mǎn)焊，并焊接加強(qiáng)筋來(lái)保證法蘭連接部位有足夠的強(qiáng)度，如圖2所示。

圖2 改造后放料裝置

2 相關(guān)參數(shù)選擇

2.1 電液推桿推力計(jì)算

電液推桿的推力為石灰石原料倉(cāng)下料口的垂直壓力與下料溜子內(nèi)物料的料重之和。

可以將放料口想象成料倉(cāng)錐體被一水平面a-a相截面，則物料在該截面處產(chǎn)生的垂直方向壓應(yīng)力FV，其值為

式中：ρ為松散物料密度，松散石灰石取1.45×103kg/m3；g為重力加速度；hw為料倉(cāng)計(jì)算截面以上的儲(chǔ)料高度，mm；Az為倉(cāng)殼錐體特性縱坐標(biāo)值，mm。

其中倉(cāng)殼錐體特性縱坐標(biāo)值按下式計(jì)算：

又因?yàn)槭沂缮⑽锪吓c殼體壁面的摩擦因數(shù)

則倉(cāng)殼錐體特性縱坐標(biāo)值為

圖3 石灰石料倉(cāng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

溜子內(nèi)物料的自重為G=mg=ρvg。式中，v為溜子的容積，v=0.5×0.5×4.2=1.05 m3。則溜子內(nèi)物料的自重為 G=1.45×103×9.8×1.05=14.92 kN。

電液推桿上的板閥所承受的壓力為F壓=FV+G=95.02+14.92=104.94 kN。

每個(gè)電液推桿的推力為 F推=μF壓/2=0.3×104.94÷2=15.74 kN。

經(jīng)過(guò)查詢(xún)相關(guān)資料，考慮到下料的形狀，選取DZP-60電液動(dòng)平板閘，考慮到安全系數(shù)，選取電液推桿選取DYTP2500-780/110，如圖4所示。

圖4 放料閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.2 固定螺栓的選擇

根據(jù)電液動(dòng)平板閥上的螺孔為φ22，電液動(dòng)平板支撐架的厚度10 mm，溜子法蘭的厚度為20 mm，考慮到防松問(wèn)題，選用M20×60的螺栓，螺栓數(shù)量為16個(gè)，M20螺栓的小徑為d1=17.50 mm。在放料閥關(guān)閉時(shí)，螺栓組僅承受軸向載荷，則計(jì)算應(yīng)力為

螺栓組所受的總軸向力F總有兩部分組成，一部分是物料對(duì)電液動(dòng)平板閥的壓力，另一部分是電液動(dòng)平板閥的自重。

查平板閥的銘牌，可知重量為436 kg,考慮到安全系數(shù)，取500 kg。則F總=F壓+G=104940+500×9.8=109840N=109.84kN。

每個(gè)螺栓受到的軸向力F=F總/4=109.84÷4=27.46 kN，則計(jì)算應(yīng)力 σ＝F（//4）=27460÷（π×17.52÷4）=28.56MPa，則螺栓材料的許用拉應(yīng)力為［σ］≥σ=28.56 MPa。

考慮到安全系數(shù)，取安全系數(shù)為2，則螺栓的屈服強(qiáng)度為 σS=S［σ］≥2×28.56=57.12 MPa。

當(dāng)在放料時(shí)，螺栓組承受的為橫向載荷，由于結(jié)合面間所產(chǎn)生的最大摩擦力必須大于或等于橫向載荷，則預(yù)緊力為 F0≥KSKΣ/fzu

式中：f為結(jié)合面的摩擦因數(shù)，取0.1；z為螺栓的個(gè)數(shù)，為16；KS為防滑系數(shù)，取1.1。則預(yù)緊力F0≥KSKΣ/（fzi）=1.1×50000÷（0.1×16×1）=34375 N。

則計(jì)算應(yīng) 力 為 σca=1.3F0（//4）=1.3×34375÷（17.52÷4）=185.88 MPa。

螺栓材料的許用應(yīng)力［σ］≥σca=185.88 MPa。

考慮到安全系數(shù)，取安全系數(shù)為2，則螺栓的屈服強(qiáng)度為 σS=S［σ］≥2×185.88=371.76 MPa。

綜合軸向載荷和橫向載荷，選取螺栓等級(jí)為5.8級(jí)。

3 效果驗(yàn)證

改造前后的特點(diǎn)對(duì)比如表1。

表1 放料閥改造前、后對(duì)比表

通過(guò)表1看出，改造后的放料裝置，操作方便，控制簡(jiǎn)單，并且放料速度大大提高，揚(yáng)塵現(xiàn)象減少，由于拆除了電動(dòng)卷?yè)P(yáng)、電動(dòng)棒閥，電耗進(jìn)一步降低，達(dá)到了降本增效的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

采用料倉(cāng)垂直壓力計(jì)算選取的電液動(dòng)平板閥的放料裝置，推力足夠，螺栓組強(qiáng)度符合要求，有效解決了原放料裝置日常操作中的諸多問(wèn)題，其過(guò)載保護(hù)能力更是延長(zhǎng)了電動(dòng)電機(jī)的壽命，大大降低了故障率，對(duì)放料裝置的設(shè)計(jì)選型具有一定幫助。

［1］ 濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.北京：高等教育出版社，2007.

［2］《簡(jiǎn)明鉗工手冊(cè)》編寫(xiě)組.簡(jiǎn)明鉗工手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.