OVERLAND输送机的设计,有效的成本与性能汉2

OVERLAND输送机的设计，有效的成本与性能，总裁劳伦斯·K，Nordell输送动力，摘要许多槽形皮带输送机，现在已经超过了15公里，在一个单一的飞行。仍然是一个持续的愿望，进一步扩大其长度，容量，速度和力量，同时最大限度地降低功耗和提高成本效率。这些改进可以测量的指标：a）最高吨/千瓦/公里和b）最低的整个生命周期中NPV成本。在本文中，我们提出的技术来迎接挑战，实现最高万吨/千瓦/公里，在全寿命周期成本最低的利用现有的，成熟的技术。资本和运营成本的优化程序。现代带的覆盖胶和核心胶流变性的影响，这一提法有重大影响。输送带安全系数和寿命进行了讨论。简介世界上每年花费约600万美元和更换皮带输送散状物料输送。当考虑为总使用安全带，这代表每年30-40亿千瓦小时。审慎的设计，减少全寿命周期的成本（TLCC），设备和运营成本，30％-40％，这取决于安装的配置。该技术符合“京都议定书”的理念，节省了显着的资本，提供额外的容量和利润，与志同道合的工程师为下一代留下的遗产。图。1：沃克沃斯陆路谈判低调罩盖的障碍-澳大利亚主要改进的地方传统上在工厂和陆上系统，皮带输送机已经出了名的过度设计。五十多岁的工程设计标准和方法仍然适用于今天。使用这些标准的结果相比，那些把今天的技术进步，在更高的资本（CAPEX）和运营成本（OPEX）。关键陆路技术使历史的设计标准，在世界各地使用，过于保守和陈旧的。这些标准包括：CEMA（输送带设备制造商协会），DIN22101（德意志行业规范皮带输送机-2002年8月），与5048-1989ISO（国际标准化组织-2000年2月）。关键陆路技术包括：1.功率分析/橡胶流变/理解的优点/检验结果2.托辊间距优化3.输送带安全系数4.头/尾灯驱动器5.消除转运站平曲线-参见图。16.皮带的使用寿命/传输槽7.动力学与控制这些技术并没有穷尽工程师的工具箱。他们的许多举措，产生有意义的储蓄只可作参考。重大的问题仍然乞求加以解决。其中有一些是：1.我们能持续多久做一次飞行，我们什么时候让多个航班2.托辊槽形状优化3.基于公斤/米和振动控制的优化惰轮支架4.惰转辊子的直径和间距的优化功耗/橡胶流变学皮带输送机消耗功率从皮带变形在惰转辊子和从惰拖曳损失，除了驱动效率和重力升力。皮带罩，在接触的惰转辊子和皮带惰集之间弯曲，是负责最久的陆路输送机的功率消耗（1,2,3,4）的50-70％。超过十年的时间里，皮带制造商已经显着提高带覆盖胶技术。这就造成了新的低滚动性的橡胶化合物，许多生产者，消费者从现在市售的。动力分析，采用橡胶粘弹性力学的洞察力，可以降低功耗CEMA和DIN标准的方法，如高达50％以上。额外的好处，可以研究新的和老化的橡胶。历史的动力分析方法使用5到指定的1950年的滚动阻力系数的经验因素。没有考虑给予橡胶型，橡胶厚度，惰转辊子的直径，槽的形状，带速，零摄氏度以上的温度，带建设，或垂直和水平曲线压力，仅举几的疏忽。这个方程是为圻贡献只，每图。2A。15年前CDI开发出了+17的属性，其中包括粘弹性行为的输送带覆盖胶化合物（3）的理论功率方程。这种方法是比较CEMA和DIN22101。图。图2a示出了示意性的滚动阻力系数，发现在CEMA和DIN22101的功率计算程序。图。图2b示出矿石和带引起的压力梯度在从惰轮的槽横截面的皮带和惰轮之间的接触。图。图2c示出的惰转辊子和皮带的橡胶盖变形，接触的反作用力在惰轮直径的剖视图中，由于压力分布示于图。2B。图。2c中示意性地表明滚动阻力力（F1，F2）和的力矩臂（A1，A2）之间的皮带的橡胶弹性的压缩变形区和的橡胶的弹性恢复区还包括在模型中的变化的不平衡是凹陷的几何形状有关的损失由于带弯曲和矿石搅拌之间的闲人（图2d）。图。2：滚动损失与皮带惰轮接口原理图所示，这四个数字。图。3：带压痕试验机，皮带弯曲和践踏试验机，粘弹性测定试验机，橡胶基准性能曲线图图。图3a是带缩进试验机用于验证机制图的照片。2C。一个完整的带宽，到1800毫米，可以进行测试。带被插入所述滚筒内，并与面临的惰任一皮带罩固定。一个惰转辊子，各种尺寸和结构，保持正常的感光鼓的旋转，并jigged包含代表最多20,000吨/小时的速度调节的各种权重。滚筒旋转的支承辊上，它可以高达10米/秒的表面速度旋转鼓。感光鼓可以被放置到不同的温度下降到-40℃冷室图。图3b是带弯曲和践踏材料试验机的验证图的照片。2D。图。图3c示出的橡胶粘弹性性质的测试实验室，包括两个动态机械分析仪（DMA）的机器。图。3D图表23橡胶化合物基准，其个人权力表现评级经文温度。请注意千瓦值大的价差在极端的温度。低温行为也代表了高速的行为。这种技术的使用允许工程师，以优化在设计阶段的系统组件。通过将低滚动阻力橡胶化合物，主要组成部分的系统可以被优化。减少电机的尺寸，较低的带评级，以及更轻的结构载荷，可以节省大量的资本成本产生的几个项目。电源分析-认识的福利一个假设的5公里陆路用于演示的滚动阻力和输送带的强度之间的选择差异CEMA标准的设计方法和替代粘弹性理论。CAPEX和OPEX成本的差额计量。四项措施的橡胶的性能和三个年度的生产场景指定，CEMA和底盖橡胶相比，6日，12日及18MMT/Y负荷，这相当于1000，2000，和3000吨/小时。以下标准：A）托辊间距：1.5米（4.93英尺），携带4.5米（14.8英尺）返回B）输送速度：4.5米/秒（886FPM）C）皮带宽度：允许100毫米边缘间隙1000吨/小时=900（35.4“）毫米2000吨/小时=1200（47.2“）毫米3000吨/小时=1500（59.1“）毫米D）输送带安全系数：SF=6.5:1破：工作强度比E）托辊轴承的选择：60,000L10小时，152毫米直径的另一种滚动阻力，肯塔基州，是比较高效的橡胶化合物指定R1（良好的天然橡胶-普通级以上的煤炭），R2（新（2岁），更好的滚动阻力），和R3（最近开发-过去6个月）。下面标准适用于：A）托辊间距：3米（9.84英尺）携带;9米（29.f英尺）返回B）输送速度：5.5米/秒@1000吨/小时6.2米/秒@1000吨/小时C）皮带宽度：1000吨/小时=800（31.5“）毫米2000吨/小时=1050（41.3“）毫米3000吨/小时=1200（47.2“）毫米D）输送带安全系数：SF=5.5:1E）托辊轴承的选择：100,000L10小时，152毫米直径的CAPEX和OPEX表给出的4个电源和3吨位的情况下。的费用汇总带，托辊，和驱动部件只。评论对储蓄是指潜在的成本更低，从“共同实践”，“最佳实践”。最后表显示了运营成本的百分比是来自权力和惰轮更换成本。剩下的OPEX费用不包括在内。资本性支出（元/米）6MMT/Y12MMT/Y的18MMT/YCEMA408483587R1（良好的天然橡胶）247331424R2（新的，更好的滚动阻力）247315406R3（发达国家）246315406R3/CEMA（储蓄）40％35％31％CEMA/R3（点球）66％53％45％OPEX（$/米）15-γNPV（5）6％的速度6MMT/Y12MMT/Y的18MMT/YCEMA163274366R1（良好的天然橡胶）130246356.5R2（新的，更好的滚动阻力）108193.5277.5R3（发达国家）97.5173246R3/CEMA（储蓄）40％37％33％CEMA/R3（点球）67％58％49％％的运营成本，电力成本6MMT/Y12MMT/Y的18MMT/YCEMA88％94％96％R1（良好的天然橡胶）92％88％94％R3（发达国家）88％84％92％图。4显示了运营商的CAPEX和OPEX节省成本的R3（开发）橡胶相比，的CEMA的设计。总之，作为一个典型的利益，从“共同实践”最佳实践“，具有以下优点是观察12MMT/Y的：属性CEMA与橡胶粘弹性（R3）平均。功率差100％60％实力100％63％皮带速度4.5米/秒138％@6.2米32/S托辊间距1.5x4.5200％@3mx9m输送带的强度SF6.7:182％@5.5:1皮带宽度1200毫米67％或800毫米资本节约成本35％R3/CEMA营运成本节约37％R3/CEMA@$0.030/kW-hrs/y（估计，非洲率）总节约成本15-YNPV35％R3/CEMA图。4：CAPEX/OPEX成本节约与开发橡胶世界电力的节能潜力：7-10亿千瓦小时/年验证上述改善许多大型陆上系统6公里债权的核实。输送机系统的设计和优化CDI的典型例子示于图中。5：图。5A1989年恰那，澳大利亚-20.5公里;全球最低公布的滚动摩擦图。5B1995年ZISCO，津巴布韦-16公里长的助推器驱动器，大托辊间距图。5C1998年Muja/牧羊犬，澳大利亚-14公里;低调，轻量级的纵梁图。5D2000年CRU-II项目，南非-8.8公里低调，轻量级的纵梁图。5示出了四个overlands这项技术是去验证。我们提供两个例子，输送机，实地测量验证的理论。实施例1：1998年-Muja，澳大利亚-6公里;CEMA与橡胶流变（参考图5c以上）图。图6a所示CEMA和CDI理论的电功率预测与测得的功率在一定范围内的吨位。“输送机使用的橡胶与R1和R2之间的属性。实施例2：1972年设计和测量2000-南俄亥俄州煤炭，USA-7公里图。6B显示对于CEMA，吨位为0-2000stph和两个橡胶化合物的功率与吨位。固特异委托CDI，来衡量输送电力消耗较旧的化合物，类似R1，然后重新测量输送机一个新的改进的化合物，类似R2。请注意，，CEMA不区分橡胶。唯一的变化输送机是改变的的底盖化合物（携带并返回惰轮和滑轮接触-带失误）。在这里，我们看到了橡胶之间的权力和降低24％的R2以下CEMA减少了20％。表述为罚款用于劣势橡胶，这意味着功率消耗增加26％时，使用R1与R2的化合物。输送机的目的是在1972年。1972年设计的改进会带来更多的利益。图。6A-功率测量，澳大利亚Muja图。在南俄亥俄州煤炭6B-功率测量托辊间距优化惰轮资本成本，营运成本和维护水平的传送带上有显着的影响。惰优化实施BHP-DRI，澳大利亚双程7公里的陆路输送机，如图所示。7A。本研究的结果显示惰优化的重要性。陆路输送机进行矿石4000吨/小时的进位链和高达1000吨/小时返回链同时在+100°C。在一般情况下，除了惰拖动，功率消耗增加作为惰轮间距增大，作为惰轮直径的增加而减小。输送机托辊间距较大降低了资本成本。图。7b显示了需求功率为152毫米和178毫米的闲人托辊间距从1.5米到2.5米不等。功率增加了12％，增加了托辊间距1米。图7C，7D，7E的权力，资本和惰轮重置成本作为托辊间距的函数。图。1408米的总输送NPV成本，包括电力，成本初始惰轮，托辊更换成本。托辊间距并没有进一步增加，由于带建设的限制。由于电力成本的增加和资本成本降低与中间间隔往往存在一个最佳的托辊间距，这两个因素产生的最小的净现值（NPV）。在这个例子中，这被认为是与6305轴承系列以最佳的托辊间距是在2.25米。托辊间距，在本例中，如果扩展到4米，将是一个同类最佳的间距为6306和6308轴承闲人，带建设，上述限制，除非另有说明。必须考虑其他因素，在选择过程中，包括：1.托辊的支撑钢和谐波模型符合2.噪音，皮带和结构振动3.在惰轮结带建设的限制一般来说，运营商，设计和建筑公司只关注与输送的资本成本。然而，惰轮的优化，包括影响功耗和设备选择，与其他著名的考虑，可以降低全寿命周期成本的传送带上显示的一个显着的保证金。注意到NPV成本为15年。图。7A：7公里BHP-DRI双程运输在4000吨/小时铁矿石×1000吨/小时的热压块图。7C：电力成本与托辊间距图。7D：惰轮与托辊间距的资本成本图。7E：托辊更换成本与托辊间距图。1408米：总成本（包括NPV）和托辊间距输送带的强度和安全系数动态强度管带接头的强度等级。结合