斗式提升機(jī)問題分析及處理

秦國利，周海兵

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900）

斗式提升機(jī)可用于連續(xù)垂直或傾斜輸送粉狀、顆粒狀及小塊狀物料。因其占地面積小、工藝布置緊湊、提升高度大、結(jié)構(gòu)簡單、密封性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于冶金、水泥、礦山、電力等工程實(shí)踐中。斗式提升機(jī)可將物料垂直輸送高達(dá)80m，一般多用于垂直輸送距離小于40m的情況下；傾斜式斗提機(jī)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很少使用。

國內(nèi)常用的斗式提升機(jī)均為垂直式，斗提機(jī)型式根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征的不同分為TD型、TH型、TB型和NE型，另外還有新型的THG、TDG型等高效斗式提升機(jī)。根據(jù)設(shè)備能力、斗提機(jī)適合輸送的物料特征、物料溫度等選擇合適的類型。其中，NE型斗提機(jī)，其牽引構(gòu)件采用板式套筒滾子鏈,可輸送松散密度＜2t/m3、溫度不超過250℃的物料；耐磨性好，可以提升磨琢性大的物料，如粉煤灰、石灰石、水泥熟料等，且設(shè)備運(yùn)行可靠，故障率低，廣泛用于石灰工程中。

在某石灰工程中使用的1#斗提機(jī)，在運(yùn)行過程中，出現(xiàn)了減速機(jī)殼體斷裂、頂部平臺振動等問題。本文對該斗提機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)及原因分析，以防止在今后的工程中避免再次出現(xiàn)相同的問題[1]。

1 1#斗提機(jī)工藝布置

1#斗提機(jī)相關(guān)情況：1#斗提機(jī)為NE型，設(shè)備能力150t/h，提升高度26.8m，運(yùn)行速度24.4m/min；驅(qū)動裝置采用Y系列電機(jī)和ZSY硬齒面減速機(jī)組合；減速機(jī)與頭部鏈輪之間采用鏈輪傳動。斗提機(jī)輸送的物料為水洗后的石灰石，粒度：0～30mm，松散密度：1.5t/m3。

（1）1#斗提機(jī)處工藝流程如下：原料倉石灰石（0～80mm）→雙層水洗振動篩→篩中料（2～30mm）→105#皮帶機(jī)→106#皮帶機(jī)→1#斗提機(jī)→小粒度石灰石料倉。

（2）1#斗提機(jī)布置：斗提機(jī)放置在小粒度石灰石料倉廠房外側(cè)，頂部平臺高出廠房頂，見圖1。

2 現(xiàn)場問題分析及處理

2.1 斗提機(jī)減速機(jī)機(jī)殼開裂

圖2 減速機(jī)機(jī)殼開裂圖

斗提機(jī)在運(yùn)行一段時間后，減速機(jī)機(jī)殼發(fā)生開裂，見圖2。經(jīng)檢查，斗提機(jī)內(nèi)物料堆積，發(fā)生了堵塞，物料與料斗卡死無法移動。可以推斷，減速機(jī)機(jī)殼開裂的主要原因是物料與料斗卡死后，減速機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，使其實(shí)際扭矩超過其使用的額定扭矩造成的。首先需對設(shè)備廠的減速機(jī)選型是否合適進(jìn)行復(fù)核。另外，斗提機(jī)的電機(jī)處設(shè)置了電流過載保護(hù)，在運(yùn)行中未起作用，也同時進(jìn)行了檢查處理。

2.1.1 減速機(jī)選型復(fù)核

問題發(fā)生后，利用已知條件對減速機(jī)的選型進(jìn)行了復(fù)核計算。由于減速機(jī)的承載能力受機(jī)械強(qiáng)度和熱平衡許用功率兩方面的限制，因此所選減速機(jī)型號需滿足這兩方面的要求。

（1）已知條件：1#斗提機(jī)使用的電機(jī)為Y200-L-30kW，非變頻，轉(zhuǎn)速為1470r/min；減速機(jī)輸出端與斗提機(jī)頭輪之間為鏈輪傳動，頭輪處的鏈輪為大鏈輪，鏈條速度為24.4m/min；大鏈輪齒數(shù)z2為57，減速機(jī)輸出端小鏈輪齒數(shù)z1為17，其傳動比i1=z2/z1≈3.35。

（2）軸功率采用近似計算公式［1］：

其中，Q取最大輸送能力150t/h，H為提升高度，v為運(yùn)行速度。K1、K2根據(jù)輸送量和料斗型式分別取0.6和1.3。

（3）鏈輪傳動的設(shè)計功率為Pc：

其中，f1為工況系數(shù)，取1.4；f2為小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，按齒數(shù)取1.52。

（4）由斗提機(jī)轉(zhuǎn)速、大鏈輪齒數(shù)、鏈條節(jié)距可算出大鏈輪的轉(zhuǎn)速n2=11.33r/min，則小鏈輪的轉(zhuǎn)速n1=n2×i1=37.96r/min。通過已知電機(jī)轉(zhuǎn)速，可算出減速機(jī)的傳動比i=1470/37.96=38.72。查表［2］后，可選擇公稱傳動比i=40的ZSY型硬齒面減速機(jī)。由于電機(jī)輸出速度為1470r/min，選擇減速機(jī)的公稱轉(zhuǎn)速為1500r/min。

（5）通過減速機(jī)機(jī)械強(qiáng)度計算功率P2m選擇減速機(jī)具體型號：

取鏈輪傳動的設(shè)計功率Pc作為減速機(jī)的負(fù)載功率P2；KA為工況系數(shù)，取1.5；SA為安全系數(shù)，取1.4。

由于P2m需小于減速機(jī)公稱輸入功率P,因此應(yīng)選擇的減速機(jī)型號至少為ZSY250，其公稱輸入功率P=79kW，i=40,n=1500r/min。電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速為1470r/min,則折算公稱功率P=79kW×1470/1500=77.42kW,此功率仍大于P2m，所以選型符合強(qiáng)度要求。

（6）在滿足機(jī)械強(qiáng)度計算功率的前提下，再通過計算該減速機(jī)的熱平衡許用功率P2t確定是否可行：

f1為環(huán)境溫度系數(shù)，按照當(dāng)?shù)刈罡邷囟?1℃，無冷卻，取1.65；f2為載荷率系數(shù)，按每日工作16h,取0.94；f3為公稱功率利用系數(shù)，取f3=1.15(P2/P=34.26/77.42=44%＜50%)。

該減速機(jī)為戶外露天布置，沒有冷卻措施，查表知ZSY250減速機(jī)的熱平衡許用功率PG1為220kW。滿足P2t＜PG1， 因此該型號滿足要求。

（7）通過計算可知，減速機(jī)的選型至少應(yīng)為ZSY250,而設(shè)備廠選擇的型號也是ZSY250，因此原減速機(jī)的選型沒有問題。在選型正確的情況下，通常減速機(jī)過載時損壞的部分為輸出軸斷裂，但該減速機(jī)軸未斷裂而機(jī)殼開裂，應(yīng)是機(jī)殼的鑄造質(zhì)量存在問題。解決方案為更換新的減速機(jī)，且型號不變。更換后，運(yùn)行2年多來未出現(xiàn)問題。

2.1.2 斗提機(jī)電機(jī)過載保護(hù)檢查

為防止電機(jī)過載造成驅(qū)動裝置損壞，通常在電機(jī)上設(shè)置熱繼電器進(jìn)行過載保護(hù)。當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過載時，熱繼電器會使電機(jī)主電路斷開，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過載保護(hù)。1#斗提機(jī)也設(shè)置了熱繼電器，經(jīng)檢查，熱繼電器的整定電流范圍為80-104A。斗提機(jī)所選電機(jī)的額定電流為70.4A，通常熱繼電器的選擇范圍為額定電流的1.05～1.1倍，此處未起到保護(hù)作用的原因是使用的熱繼電器的電流值偏大。因此，應(yīng)更換為電流范圍為63～80A的熱繼電器。

2.2 斗提機(jī)頂部平臺振動原因分析及加固

斗提機(jī)在運(yùn)行過程中，檢修人員在頂部平臺上感覺有明顯的振動，平臺振動容易加大電機(jī)、減速機(jī)等應(yīng)力集中的受力，易導(dǎo)致設(shè)備故障。另外由于工程所在地臺風(fēng)較多，平臺振動和臺風(fēng)疊加更容易造成設(shè)備損壞，為減少設(shè)備故障，有必要對斗提機(jī)頂部平臺進(jìn)行受力分析和加固。

2.2.1 斗提機(jī)頂部平臺受力分析

（1）荷載取值。電機(jī)自重：3.2kN，減速機(jī)自重：5.5kN，平臺活載：2.5kN/m2，基本風(fēng)壓：0.91kN/m2,正常生產(chǎn)條件下料重：27.5kN,并考慮了滿斗下的極限料重：37.1kN。

（2）斗提機(jī)頂部平臺，采用12#槽鋼制作，在斗提機(jī)機(jī)殼外側(cè)三面懸挑（出料口側(cè)無懸挑），每側(cè)沿斗提機(jī)機(jī)殼設(shè)有2道斜撐。

利用結(jié)構(gòu)分析軟件PKPM-STS模塊對斗提機(jī)頂部平臺進(jìn)行二維受力分析，判斷一下總體的構(gòu)件截面是否合適。計算結(jié)果如圖3所示，平臺梁應(yīng)力比1.40，斜撐穩(wěn)定應(yīng)力比1.38，均不滿足要求。所以，設(shè)備廠家提供的平臺梁和支撐截面偏小，剛度不足，較容易發(fā)生振動現(xiàn)象。

為了更加精確的研究加固方案，又利用有限元軟件midas GEN建立了整體分析模型，對斗提機(jī)在自重、料重和驅(qū)動裝置以及風(fēng)載作用下頂部平臺及斗提機(jī)殼體的受力情況進(jìn)行了分析。在驅(qū)動裝置荷載作用下，頂部平臺懸挑端部的最大撓度為8mm，超過結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的允許值（6.6mm），撓度超限，見圖5；斗提機(jī)殼體在風(fēng)載下側(cè)向位移較小約3毫米，為斗提殼體總高度的1/11320，滿足要求，見圖6。

2.2.2 加固方案

通過計算分析，制訂了加固方案：在放置電機(jī)減速機(jī)一側(cè)外挑平臺下方2道斜撐之間再追加一道斜撐。該方案不涉及原截面的替換與修改，即可以減少原來梁的跨度，也分擔(dān)了原支撐的內(nèi)力。加固后的計算結(jié)果顯示，各項指標(biāo)均滿足要求?，F(xiàn)場加固后，振動情況幾乎感覺不到，運(yùn)行情況良好，說明加固方法可行。

圖3 二維計算構(gòu)件應(yīng)力比圖

圖4 midas GEN三維整體模型

圖5 驅(qū)動裝置下位移云圖

圖6 風(fēng)荷載下位移云圖

3 斗提機(jī)部分故障的預(yù)防

（1）斗提機(jī)安裝時，設(shè)備基礎(chǔ)的尺寸、施工質(zhì)量要符合標(biāo)準(zhǔn)[3]，頭軸對水平面的平行度、上下鏈輪的相對位置、驅(qū)動裝置低速軸與提升機(jī)頭軸的平行度等關(guān)鍵部位的精度要嚴(yán)格按照廠家的說明書進(jìn)行安裝。（2）要合理設(shè)置料位檢測、電機(jī)過載保護(hù)等措施，避免堵塞、電機(jī)過載造成設(shè)備損壞。（3）定期檢查維護(hù)，發(fā)現(xiàn)底部有物料堆積時，及時通過清掃口清理；驅(qū)動裝置、頭尾輪軸承等有異常時，及時停機(jī)檢修。

4 結(jié)論

（1）通過對減速機(jī)的選型進(jìn)行計算復(fù)核，原減速機(jī)選型沒有問題，機(jī)殼開裂的原因應(yīng)是機(jī)殼鑄造質(zhì)量有問題；（2）斗提機(jī)電機(jī)的熱繼電器保護(hù)設(shè)置要合理，應(yīng)按電機(jī)額定電流的1.05～1.1倍設(shè)置；（3）對1#斗提機(jī)頂部平臺，通過在電機(jī)側(cè)平臺下部增加斜撐的加固方法，使原結(jié)構(gòu)梁和支撐受力減少，強(qiáng)度和穩(wěn)定滿足設(shè)計要求，同時也減少了平臺的撓度，增加了平臺的剛度，平臺振動問題得到了解決。