壓濾機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

胡 瑾

（西山煤電集團(tuán)設(shè)計(jì)院（有限公司）， 山西 太原 030053）

引言

壓濾機(jī)作為一種加壓過(guò)濾設(shè)備，基于其操作簡(jiǎn)便、安全可靠的使用性能，已被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域的固液分離應(yīng)用當(dāng)中。某煤礦洗煤廠應(yīng)用4 臺(tái)KM500-2000 快速隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行原煤處理，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)因傳動(dòng)系統(tǒng)的斷鏈、卡鏈甚至傳動(dòng)軸斷裂的事故。壓濾機(jī)事故的頻發(fā)，設(shè)備的頻繁維修工作嚴(yán)重影響到了洗煤廠洗煤效率，因此，對(duì)壓濾機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，并進(jìn)行針對(duì)性的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，來(lái)解決壓濾機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)事故頻發(fā)現(xiàn)狀。

1 壓濾機(jī)運(yùn)行原理

壓濾機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中由液壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，先通過(guò)鏈條帶動(dòng)濾板合攏，然后將物料通過(guò)管道泵入濾板之間的密封空間當(dāng)中，完成第一部分工序；之后物料在密封空間當(dāng)中會(huì)進(jìn)行過(guò)濾分離，固體積聚殘留，同時(shí)泵入高壓水，進(jìn)行二次過(guò)濾降低含水量，第二部分工序完成；之后拉開(kāi)濾板進(jìn)行吹漿，此時(shí)固體擠壓形成濾餅完成脫水過(guò)程，最后進(jìn)行卸料處理完成整套工序。其中KM500-2000 型號(hào)壓濾機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示。

表1 壓濾機(jī)技術(shù)參數(shù)

可以看出該型號(hào)壓濾機(jī)單臺(tái)過(guò)濾面積可達(dá)500m2，濾板的設(shè)計(jì)尺寸為2000 mm×2000 mm，濾室深度為40 mm，總計(jì)濾室容積達(dá)到10 m3，設(shè)計(jì)產(chǎn)量達(dá)到了20～30 t/h。按每小時(shí)每臺(tái)設(shè)備清洗原煤25 t 進(jìn)行計(jì)算，該煤礦4 臺(tái)KM500-2000 型號(hào)快速隔膜壓濾機(jī)每天可完成2400 t 原煤清洗工作，壓濾效果較好。

2 傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成分析

一臺(tái)壓濾機(jī)設(shè)備的濾板有78 塊左右，分13 組每組6 塊構(gòu)成，因此壓濾機(jī)每次傳動(dòng)循環(huán)要存在13次拉板動(dòng)作。拉板過(guò)程主要由PLC 進(jìn)行電機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速器對(duì)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，由電機(jī)帶動(dòng)鏈輪鏈條完成拉板操作[1]。設(shè)計(jì)的PLC 控制程序可進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)切換操作，自動(dòng)設(shè)計(jì)程序可自動(dòng)完成壓濾機(jī)的控制程序過(guò)程，無(wú)需人工介入；人工控制可對(duì)拉板過(guò)程中推進(jìn)以及后退動(dòng)作進(jìn)行分布控制，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)物料對(duì)壓濾需要的靈活調(diào)整，具體流程如下頁(yè)圖1 所示。整體傳動(dòng)系統(tǒng)由兩部分組成，一部分為PLC 控制器自動(dòng)控制，通過(guò)對(duì)終端壓濾機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)上設(shè)計(jì)的傳感器對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并由控制器進(jìn)行具體運(yùn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制；另一部分則為手動(dòng)操作，與自動(dòng)化控制流程類(lèi)似完成運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集處理，而上傳到上位機(jī)控制室后的數(shù)據(jù)將不再自動(dòng)控制，而是由人工進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)，可以根據(jù)壓濾機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作需要進(jìn)行參數(shù)合理設(shè)計(jì)。

圖1 拉板傳動(dòng)系統(tǒng)

2.2 傳動(dòng)過(guò)程動(dòng)態(tài)分析

拉板過(guò)程中變頻電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)拉板的推移與后退動(dòng)作，因此其電機(jī)軸部要進(jìn)行正反切換造成兩個(gè)方向進(jìn)行受力，這對(duì)軸部的破壞以及鏈輪的損壞情況較為嚴(yán)重。同時(shí)基于傳動(dòng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)分析可以看出拉板推進(jìn)與后退過(guò)程中會(huì)發(fā)生卡鏈現(xiàn)象，在軸部還會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象?；诂F(xiàn)場(chǎng)壓濾機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的一些故障問(wèn)題進(jìn)行模擬試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，卡鏈現(xiàn)象及斷鏈現(xiàn)象出現(xiàn)的根本原因在于鏈條設(shè)計(jì)上的不合理情況，設(shè)計(jì)尺寸較細(xì)是斷鏈發(fā)生的根本原因。同時(shí)傳動(dòng)軸在傳動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)斷裂情況也是因?yàn)閭鲃?dòng)軸直徑偏低，承受載荷較大造成的；直徑偏低而長(zhǎng)度又長(zhǎng)，設(shè)計(jì)比例上存在著不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致壓濾機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生設(shè)備的抖動(dòng)振動(dòng)情況，造成了設(shè)備整體運(yùn)行不穩(wěn)定[2]。

對(duì)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中傳動(dòng)鏈條斷鏈現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)，其運(yùn)行過(guò)程中鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)不能同時(shí)進(jìn)行可能是斷鏈現(xiàn)象發(fā)生的另一部分原因；同時(shí)對(duì)鏈條設(shè)計(jì)上尺寸較小承載能力不夠也會(huì)造成鏈條的斷裂現(xiàn)象。在對(duì)電機(jī)部傳動(dòng)軸進(jìn)行分析可以看出傳動(dòng)軸與鏈槽部的連接部分會(huì)發(fā)生磨損損壞，甚至有傳動(dòng)軸斷裂的風(fēng)險(xiǎn)存在。因此進(jìn)行傳動(dòng)軸于鏈槽部分之間接觸方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)也極為關(guān)鍵。拉板傳動(dòng)過(guò)程控制示意圖如圖2 所示。

圖2 拉板傳動(dòng)過(guò)程控制示意圖

2.3 傳動(dòng)過(guò)程故障分析

傳動(dòng)鏈條的設(shè)計(jì)型號(hào)為20A-1，具體參數(shù)上節(jié)距為32 mm，滾子的直徑為19 mm，針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的斷鏈情況可以看出鏈條的承載能力不夠，需進(jìn)行尺寸參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)；基于傳動(dòng)軸傳動(dòng)過(guò)程中因頻繁切換轉(zhuǎn)向出現(xiàn)的斷裂情況，對(duì)其尺寸進(jìn)行加固處理，原始的寬度50 mm、長(zhǎng)度2500 mm 的軸承尺寸設(shè)計(jì)不合理，經(jīng)常出現(xiàn)鏈條傳動(dòng)不同步的現(xiàn)象，且寬度較低容易發(fā)生斷裂；軸部鏈輪槽設(shè)計(jì)不合理，初始軸槽尺寸為12 mm，槽深尺寸為3.6 mm，由于傳動(dòng)軸不斷變向很容易發(fā)生斷裂損壞現(xiàn)象。因此壓濾機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包含對(duì)鏈條的選型調(diào)整設(shè)計(jì)、傳動(dòng)軸尺寸調(diào)整以及傳動(dòng)軸與鏈輪槽部接觸方式優(yōu)化三個(gè)方面。

3 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

基于壓濾機(jī)運(yùn)行過(guò)程中上述參數(shù)設(shè)計(jì)出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化改進(jìn)，鏈條強(qiáng)度方面進(jìn)行增強(qiáng)加寬處理，選用28A-1 型號(hào)的鏈條尺寸更換原先20A-1 鏈條，新鏈條的節(jié)距為44 mm 比原先型號(hào)增加了12 mm，滾子的直徑達(dá)到了25 mm 增寬了6 mm，強(qiáng)度上更高，耐受的載荷也更大；基于傳動(dòng)輪直徑偏低發(fā)生斷裂的現(xiàn)狀進(jìn)行加寬尺寸設(shè)計(jì)，將傳動(dòng)輪的直徑增至60 mm，增強(qiáng)其在轉(zhuǎn)向過(guò)程中的扭矩承受力；將鏈槽的尺寸加寬為16 mm，槽深尺寸加深為4.4 mm，同時(shí)更改之前單面接觸的接觸方式，增加雙鏈槽與鏈輪進(jìn)行連接，增大接觸面積及連接強(qiáng)度。具體參數(shù)優(yōu)化如表2 所示。

表2 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

由表2 可以看出結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，鏈條的整體強(qiáng)度得到了提高，傳動(dòng)軸的直徑進(jìn)行了增強(qiáng)，這對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的抗拉能力有了顯著增強(qiáng)，設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中也將更為平穩(wěn)；更換鏈輪槽與傳動(dòng)軸之間的接觸方式，通過(guò)設(shè)計(jì)雙鏈槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，通過(guò)增大接觸面積的方式來(lái)提高傳動(dòng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行效果，并提高其強(qiáng)度，也有效緩解傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的抖動(dòng)情況[3]。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果及效益分析

對(duì)壓濾機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，可以看出優(yōu)化后的壓濾機(jī)運(yùn)行更為平穩(wěn)，振動(dòng)情況明顯好轉(zhuǎn)，鏈條傳動(dòng)也保持同步運(yùn)行，框板的推移及后退工序也可正常進(jìn)行，基本可以滿足煤礦物料的壓濾需求。

1）基于原先壓濾機(jī)在設(shè)備維修過(guò)程中對(duì)傳動(dòng)軸、鏈輪鏈條的更換費(fèi)用，按每年維修兩次進(jìn)行保守計(jì)算，結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)后煤礦4 臺(tái)壓濾機(jī)將節(jié)省數(shù)十萬(wàn)元的設(shè)備維修費(fèi)用；

2）基于設(shè)備的不斷維修工作將極大影響到煤礦的洗煤工作需要，通過(guò)收集一年內(nèi)四臺(tái)壓濾機(jī)損壞時(shí)間可以看出，損壞時(shí)間超過(guò)100 h 以上時(shí)，按處理原煤量30 t/h 進(jìn)行計(jì)算，1 年將少洗12000 t 原煤。

基于優(yōu)化后壓濾機(jī)拉板傳動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，將降低壓濾機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)損壞率，對(duì)煤礦工人的生命安全有了極大保障，同時(shí)對(duì)其他型號(hào)壓濾機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)地改造提高了成功示范案例。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)某礦KM500-2000 型號(hào)快速隔膜壓濾機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行動(dòng)態(tài)分析，并針對(duì)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的鏈條斷裂、傳動(dòng)軸斷裂以及兩鏈條運(yùn)行狀態(tài)不同步的現(xiàn)狀，對(duì)壓濾機(jī)鏈條尺寸以及傳動(dòng)軸尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后的壓濾機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率得到了顯著增強(qiáng)，設(shè)備運(yùn)行更加平穩(wěn)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行測(cè)試，基本不會(huì)發(fā)生傳動(dòng)軸的振動(dòng)失穩(wěn)以及鏈條斷裂等現(xiàn)象，為煤礦企業(yè)的高產(chǎn)高效發(fā)展帶來(lái)了便利。