排振滑模式坡面砌筑机运行及输送设计计算

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Abstract:The South-to-North Water Diversion Project of canal lining in large quantities, and demand the Construction Company mechanized construction. Below is a description of one kind of lining equipment -- vibration-eliminating sliding mode slope masonry machine operation and transportation ability of design and calculation.

Key words: function；main wheel slip；transportation；cylinder power

摘要：南水北调工程渠道衬砌工程量大，且要求施工单位采用机械化施工。下面介绍的是其中一种衬砌设备――排振滑模式坡面砌筑机运行及输送能力的设计计算。

关键词：运行主轮打滑输送滚筒功率

中图分类号：TH222文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）

1. 概述

2002年开工的南水北调工程渠道衬砌工程量大，并且要求施工单位采用机械化施工。各参建单位有从国外进口的、有从国内采购的、有自行设计的，使用的衬砌设备各不相同，多种多样。但到2009年南水北调中线干线石家庄往南段开工后，得到南水北调中线建设管理局认可的国内衬砌机生产厂家仅有四家。下面我介绍的是其中的一家，河北省水利工程生产的排振滑模式坡面砌筑机。

排振滑模式坡面砌筑机是河北省水利工程局为达到南水北调渠道衬砌机械化施工要求而自主研制的渠道衬砌设备，起初目的是满足本单位施工标段的需要，后来得到南水北调中线局的认可，并且相对其它厂家的设备价格低而推广起来。

本文主要介绍其运行及混凝土输送能力设计计算。

2. 整体运行计算

砌筑机运行计算主要有运行阻力计算、电动机初选、主轮打滑验算等。计算公式及参数取自《非标准机械设备设计手册》（机械工业出版社）第3章、第3章。

2.1基本参数设定：

1）设备整体重量按G=30t计算；

2） 运行机构选用四轮两驱动方式，行走轨道为枕木轨道，行走轮直径为300mm；

3）走速度为5m/min。

2.2 运行阻力计算

运行阻力主要包括运行静阻力、坡道阻力和风阻力

1）运行静阻力Ff（N）：

运行静阻力包括车轮轴承中的摩擦阻力、车轮踏面沿轨道的滚动阻力和轮缘沿轨道侧面的附加摩擦阻力，这三种阻力之和即为运行静阻力。

计算公式如下：

Ff= G

式中G ―― 运行质量的重力（N）， N=30t=3×105N；

ω ――运行阻力系数，查表4-15，取ω=0.009

计算得：Ff=0.009×3×105N =2700（N）

2）坡道阻力Fγ（N）：

坡道阻力计算公式：Fγ=Gsinγ

式中γ―坡道角，根据经验，枕木轨道sinγ取0.003。

计算得：Fγ= Gsinγ=3105N×0.003=900（N）

3）风阻力Fw（N）：

根据设备结构形式，分别计算箱型梁和皮带机料梁两部分的风阻力，风阻力Fw的计算公式为：

Fw=CKhqA，

式中C ――风力系数，查表3-14，取C=1.6

Kh――风压高度变化系数，取1.0

q ――计算风压，经查表3-12，qⅠ=0.6 qⅡ=0.6×150=90（Pa）

A ――挡风面积，A=A1（1+η）=2.2×27 (1+0.15)= 68.3m2。

计算得：FW=1.6×1×90×68.3=9835（N）

4）设备运行总阻力Fst（N）：

Fst= Ff +Fγ+ FW =2700+900+9835=13435（N）

2.3电动机初选

电动机静功率Pst（kw）计算：

Pst= FstV/1000η

式中Fst――运行阻力（N）；

v ――运行速度（m/s），v=5m/min=0.083m/s；

η―机构总效率，取0.6。

计算得：Pst=1.9（kW）

针对计算结果，经综合考虑，选择4台P=1.5kw电动机作为行走驱动。

2.4主轮打滑验算

电动机的驱动力是通过主动轮踏面与轨道间的粘着摩擦来实现的，主轮不打滑的条件是：

μ0 FN≥+ FW-FN

式中μ0――粘着摩擦系数，取μ0=0.12

FN――主动轮总轮压（N）。本设备一半行走轮主动轮，FN=1.5×105N；

――设备总质量（kg），=3×103 kg；

――额定运行速度（m/s），=0.083m/s；

――起动时间（s），查表4-16，用插入法求得=1.3s；

FW――风阻力（N），FW=9835N；

d、D――主动轮轴、轮直径（mm），d=75mm，D=300mm；

计算得：μ0 FN=1.8×104N；

+ FW-FN=0.55×104N

满足不打滑条件。

3皮带输送机计算

皮带输送机设计计算主要包括确定基本参数、皮带输送能力验算、电动滚筒功率计算等。计算公式及参数取自《非标准机械设备设计手册》（机械工业出版社）第10章。

根据施工要求，所需的混凝土输送强度按照皮带输送机的铺料宽度、厚度，确定合适的皮带输送机。

南水北调中线京石段应急供水工程S15标段的渠道衬砌混凝土厚度为0.1m，一次衬砌宽度3m，衬砌方向与渠道轴线方向垂直，衬砌长度为18.9m。

3.1皮带输送机基本参数设定：

1）输送机选用带式输送方式，由电动滚筒传动倾斜向下输送混凝土；

2）输送机垂直提升高度H=8.4m，水平投影长度L=24m；

3）输送带宽度B=650mm；

4）带速v=1.25m/ s；

3.2输送能力验算：

根据作业要求，一次浇注用混凝土约为6m3，浇注时间为9min，混凝土密度取2.2t/m3，故输送能力Q（t/h）

Q=40 m3/h=88（ t/h）

查表10-16，当B=650mm、v=1.25m/ s时皮带输送能力Qv=195 m3/h＞40 m3/h，满足使用要求。

3.3电动滚筒功率（kW）：

1）计算圆周牵引力Fw（N）计算

根据手册说明，带式输送机运转时，传动滚筒的圆周牵引力等于输送带沿输送机线路运行的总阻力，可用下式进行近似计算：

Fw≈KL[（q+q0+q/）ω/+（q0+q//）ω//]+qH

式中K――包括在改向滚筒和装载、卸载、清扫等处在内的总的局部阻力系数，查表10-17取3.0；

L――输送机水平投影长度（m），L=24m；

H――输送机垂直提升高度（m），H=8.4m；

q――被输送物料的线载荷（N/m），q=，其中Q、v分别为输送能力（t/h）和带速（m/s），Q=195 m3/h=429 t/h，v=1.25m/s，计算得q=953 N/m；

q0――输送带的线载荷（N/m），q0=qm0，m0为每米输送带质量（kg/m），查表10-4取m0 7.57kg/m =75.7N/m；

q′――有载分支托辊转动部分的线载荷（N/m），q′=gm′/ L′，m′为有载分支托辊转动部分质量（kg），查表10-18，取m′=9kg，L′为有载分支托辊间距（m），L′=1m，计算得q′=90 N/m；

q″――无载分支托辊转动部分的线载荷（N/m），q″=gm″/ L″，m″为无载分支托辊转动部分质量（kg），查表10-18，取m″=9kg，L″为无载分支托辊间距（m），L″=3m，计算得q″=30 N/m；

ω′、ω″――分别为有载分支和无载分支输送带运动阻力系数，查表10-19得ω′=0.025，ω″=0.022；

qH――物料的提升阻力（N），qH=2881N

计算得Fw=5062N

2）驱动功率P（kw）计算

驱动功率可按下式进行近似计算：

P≈

式中η――传动装置总效率，向下输送取0.95。

由Fw=5062N，v=1.25m/ s

计算得：P≈6.7（kw）

针对计算结果，考虑安装系数，经综合考虑，选择P=11kw电动滚筒作为主皮带机的驱动设备。

4. 总结

经实践证明，按本设计制造生产的排振滑模式坡面筑砌机其混凝土输送能力满足使用要求。其行走能力在工地条件不能满足设计要求条件的情况下仍可正常作用，达到了设计要求。

参考文献

[1]《非标准机械设备设计手册》（机械工业出版社）