不同物料带式输送系统的设计...以制糖企业甘蔗输送设备为例_罗府勤.pdf

装备及自动化 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料62作者简介：罗府勤，男，本科，工程师，研究方向为糖业机械。文章编号：2096-3092（2023）01-0062-03不同物料带式输送系统的设计与改进研究 以制糖企业甘蔗输送设备为例罗府勤1，方 芳21.南宁科泰机械设备有限公司，广西 南宁 5300002.广西化工研究院有限公司，广西 南宁 530000摘要：随着经济社会的进步，甘蔗制糖企业的生产规模显著扩大，由于其生产的特殊性，绝大多数的制糖企业都采用了带式输送系统，该系统运行的过程中，可保持物料的高效传输，保持正常的生产作业。但在实际生产应用中，一些制糖企业的带式输送系统存在着设计方面的不足，这些不足使得物料在运输过程中堆积、堵塞，引起系统停滞导致物料无法及时完成运输，严重干扰了企业正常的生产作业，影响企业生产效益。基于此，文章针对制糖企业物料带式输送系统的设计问题展开了相应的研究，并提出了对应的设计注意事项，有利于实现输送系统的优化。关键词：带式输送系统；甘蔗；物料输送分类号：TS243在现代生产技术快速进步的过程中，各个生产企业的生产方式发生了明显的变化。对于现代甘蔗制糖企业而言，其输送系统是一个复杂的结构，带式输送系统作为其中的一个重要构成要素，常常因为对相应因素的考虑不全而出现设计缺陷，难以满足高效、安全的生产要求。随着甘蔗制糖企业现代化生产的日渐实现，为提高整体的生产效率，有关设计人员要根据企业现场实际情况对制糖企业物料带式输送系统的设计进行差异化分析，参考有关的设计标准来做好相应的参数调节、细节优化，以提升系统运行的稳定性和可靠性。1 带式输送机的结构和工作原理1.1 结构带式输送机是一种常见的输送设备，其系统构成相对复杂，包含了多个构成要素，主要为五个方面：一是机头部，主要包括电动机、传动装置和滚筒；二是机身部，主要为机架和托辊；三是机尾部，主要包括尾架滚筒，还包括配重、定滑轮、滚筒托架以及导轨；四是皮带；五是附属装置，主要包括张紧装置、清扫装置、制动装置等部件1。1.2 工作原理在实际生产中，单台皮带输送设备的输送长度是有极限的，一是受皮带的塑性变形限制，单个皮带输送设备的长度受限制；二是受张紧轮的量程限制。在实际设计应用中，一般平面式皮带输送机最长为 50 m，如果做更长的皮带输送机，一般使用两条甚至多条皮带对接，因此物料输送系统常常是成套使用的。带式输送设备的驱动装置最常使用的是电动机，电动机可驱动整个系统的运转，由于在输送带与驱动滚筒之间存在有一定的摩擦力，可保持输送带连续运转，也就可完成相应的输送任务，电动机一般设置在头部，张紧装置一般设置在尾部2。2 不同物料带式输送系统的设计问题和改进策略甘蔗生产涉及的原材料、中间产品以及成品种类较多，结合实际使用情况，文章重点阐述原材料 切断式甘蔗以及中间产品 甘蔗渣的输送过程。2.1 切断式甘蔗输送系统甘蔗收获分为整杆式和切断式，其中整杆式又分为人工收割与整杆式甘蔗收割机收割，切断式为切断式甘蔗收割机收割的产品，杆长约为 30 cm，结合现在甘蔗收获机械的推广运用情况，当前使用比较广泛的是切断式甘蔗收割机，这也是未来的发展趋势，因此文章对切断式甘蔗运输设备设计进行探讨。2.1.1 工作原理甘蔗收割机在种植场所运行完毕后，收获好的切造纸装备及材料 第 52 卷 总第 214 期 2023 年 1 月 装备及自动化63断式甘蔗通过运输车输送至糖厂，由于切断式甘蔗有切口，随着时间的增加会导致糖分流失或者甘蔗变质，因此输送车到达糖厂后，应尽快将切断式甘蔗送入制糖系统。在实际应用中，使用效果良好的是翻板机，运输车驶入翻板机的翻板处，将翻板与运输车固定牢靠，通过液压缸将翻板一端抬升，使得翻板机翻板与地面形成一定夹角，运输车随着翻板倾斜一定角度，同时将运输车货箱尾部挡板打开，甘蔗可以依靠自重倾卸到位于翻板机下方的甘蔗输送装置中，进入下一个生产工艺3。翻板机的原理如图 1 所示。运输车翻板机甘蔗输送装置图 1 翻板机工作原理图2.1.2 甘蔗输送系统设计甘蔗经过甘蔗输送装置，进入下一个工艺环节。在这一过程中需要解决的主要问题就是从翻板机落料处到达下一个工艺入口处。实际生产中，由于厂房的选址和建筑高度是既定的，翻板机常常设置在原来的卸车场所，考虑到场地的面积以及厂房高度的限制，最常碰到的问题就是甘蔗输送装置的水平输送距离太短。为了解决这个问题，需要输送设备在大倾角的条件下作业。在运输物料的过程中，倾角越大，需要克服物料自重势能的消耗就越大4，运输速度也不能采用常规的 1.5 m/s 的速度，因为速度过快，物料会因为自重而产生翻滚，从而导致甘蔗堆积。因此在设计中，需要结合场地实际情况，得出传送带的合理倾角范围，并在此范围内通过三维设计软件进行模拟运行，选择最合理的输送速度。实际设计运用案例如下：在广西某糖业集团下属糖厂的卸料系统中，根据场地，使用倾角为 55的皮带机进行甘蔗输送。物料输送高度约为 10.1 m，水平输送距离约为 9.2 m。模型如图 2 所示。动力系统的设计参数如表 1 所示。经过实践证明，该系统运行稳定。2.2 甘蔗渣输送系统甘蔗渣是制糖工艺的中间产物，是甘蔗制糖时压榨后的渣滓，质地粗硬，约占甘蔗的 24%27%。甘蔗渣有很大的用途，可用来造纸，代替木材生产纸质餐饮用具、纸杯、全降解纸质农用地膜等；可生产生产高密度复合材料，适用于家具、建筑、车厢等行业；经过氨化处理后加工成高蛋白饲料；生产燃料酒精。因此在压榨工艺后甘蔗渣的运输也是制糖过程输送系统非常重要的部分。甘蔗渣是一种纤维质地的生物材料，比起其他物料（如粮食、矿物等），其具有密度小、易堵塞、粉尘大等特点。由于甘蔗渣物料的抗剪切性很高，胶带在运行时一旦遇到阻碍，很容易形成一个蔗渣团，阻挡后面的甘蔗渣继续运行，并且在压力下会越来越紧，憋停设备后很难通过人工清理开。这些原因要求甘蔗渣输送系统在设计上应采取一些措施，以实现稳定、可靠的输送5。下面针对甘蔗渣输送设备设计中常见的两个问题进行探讨：一是带速选择，二是甘蔗渣输送溜槽改造设计。2.2.1 甘蔗渣输送机带速选择在甘蔗渣带式输送系统的设计中，带速是一个需要关注的重点指标，这一参数一般保持在 2 m/s 左右。但根据各个甘蔗制糖企业的生产情况，我国和国外的带速存在着一定的差异，都无法达到 2 m/s，国内甘蔗渣带式输送系统速度为 1.5 m/s，国外仅为 1.2 m/s。在系统设计的过程中进行带速的科学选择，就可大大提9 2005510 070图 2 大倾角皮带机示意图（单位:mm）表 1 动力系统的设计参数序号技术指标技术参数1负荷板宽度0.55 m2头尾部中心距15.56 m（投影长）3输送倾角554额定输送速度0.6 m/s5电机功率22 kW6减速机型号DCY250-80 装备及自动化 2023 年 第 1 期 总第 214 期 造纸装备及材料64高系统运行的可靠性。如果带速保持在 2 m/s 左右，甘蔗渣带式输送系统的运行极易出现阻塞、扬尘和系统磨损的问题；而带速过慢则会影响生产效率6。如何选择符合蔗渣输送现状合理的输送速度，需要经过验证。出于系统安全性的考虑，结合生产效率和输送设备的使用寿命，一般选用低带速、大带宽的设计思路。结合多个项目的设计、施工及实际生产使用情况，文章以传送速度为不大于 1.25 m/s，皮带宽度则根据业主的设计需求进行设计取值。2.2.2 甘蔗渣输送溜槽设计甘蔗渣带式输送系统的运行过程中，需要将甘蔗渣在不同的地点卸货装卸，因此需要设计一个卸料机构满足要求。一般使用溜槽这一方式实现卸料的需求。溜槽属于过渡运输的方式，一旦在设计过程中存在设计缺陷，可能会引发相应的故障。因为甘蔗渣的特性，常出现的问题如下。（1）溜槽内堵死。因为甘蔗渣有一定的粘性，且蔗渣堆中甘蔗渣纤维无规律分置，极易结成团，在进入溜槽时候，很容易在溜槽内堵塞，一旦在溜槽内发生了堵死的问题，将影响正常的系统运转。因此，在溜槽设计的过程中，需注意以下几个要点：高差要符合要求，如果高差过大或者过小，都会影响到输送的稳定性；严禁出现溜槽缩口的问题，因为甘蔗渣在压缩的过程中很容易架桥，就需要在设计时采用逐步增大的扩口，并沿着皮带输送方向适当倾斜，以有效减少内部阻塞现象7。（2）进入溜槽前的搭桥现象。在某制糖公司的甘蔗渣输送皮带机技改项目中，在把压榨车间的甘蔗渣输送到蔗渣堆场装车的过渡溜槽时，溜槽上下大小一样，在使用过程中蔗渣常常出现搭桥现象。由于运输设备距离地面接近 4 m，很难通过人工处理蔗渣搭桥的情况，甘蔗渣一旦搭桥，很容易引起物料在皮带机上堆积，影响之后溜槽的下料，从而影响整个输送系统的工作效率。结合 SolidWorks 软件建模模拟分析，经过优化设计后，得出以下解决办法。（1）改进溜槽的结构。将甘蔗渣溜槽做成上小下大的倒喇叭形状，能更快进料，避免蔗渣搭桥，提高整个皮带输送系统的效率8。溜槽改造模型如图 3所示。（2）确定溜槽间距。蔗渣搭桥的最大长度跟甘蔗的品种、压榨工艺的不同有关，经过项目设计组现场观察及实验，得出蔗渣搭桥的最大长度 L，则两个溜槽间的距离要大于 L，溜槽喇叭口的长度也要大于 L。3 结束语随着制糖企业生产规模的逐步扩大，制糖企业带式输送系统已经成为了制糖工艺能顺利实现的重要组成部分，由于其系统构成的复杂性、工作原理的特殊性，在开展相应的设计工作时，有关人员需严格遵守相应的设计规范，注重细节优化，以提升系统运行的稳定性和可靠性。参考文献1 谢雪金,李双洋,黎振球.利用三段逆流压榨系统提取蔗渣浆黑液J.中国造纸,2016,35(10):11-14.2 李鑫.矿用带式输送机巡检机器人研究及行走机构设计D.太原:太原理工大学,2022.3 白光星,陈炜乐,孙勇,等.煤矿带式输送机运输火灾风险智能监测与早期预警技术研究进展J.煤矿安全,2022,53(9):47-54.4 栾梦涛,张恩明.棋盘井煤矿带式输送机综合联锁自动化控制技术研究J.煤矿机械,2022,43(12):131-133.5 蒋思中,郭宏涛,安轲,等.基于PSO-BP神经网络的带式输送机能耗优化研究J.煤炭技术,2022,41(11):234-236.6 毛清华,李世坤,胡鑫,等.基于改进YOLOv7的煤矿带式输送机异物识别J.工矿自动化,2022,48(12):26-32.7 张磊,郝建伟,鲍久圣,等.全永磁驱动带式输送机控制策略及动力学行为J.机械工程学报,2022,58(21):134-147.8 杨春雨,顾振,张鑫,等.基于深度学习的带式输送机煤流量双目视觉测量J.仪器仪表学报,2021,41(8):164-174.图 3 溜槽改造模型