李新宇

（衡陽運(yùn)輸機(jī)械有限公司，湖南 衡陽 421002）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水上運(yùn)輸中大宗干散貨（例如煤、礦石、砂、散糧、化肥等）運(yùn)量逐年增加，運(yùn)輸船舶的噸位日趨大型化，因此裝卸設(shè)備也朝著大型、高效、低能耗方向發(fā)展。港口運(yùn)輸機(jī)械在散貨專業(yè)化碼頭上起著關(guān)鍵作用，而帶式輸送機(jī)作為港口運(yùn)輸機(jī)械的重要組成部分之一，為實(shí)現(xiàn)港口運(yùn)輸機(jī)械可靠、高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。本文結(jié)合港口運(yùn)輸機(jī)械工藝要求及特性，闡述港口帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及應(yīng)用情況。

1 港口運(yùn)輸組成及典型工藝

港口運(yùn)輸機(jī)械主要包括連續(xù)輸送機(jī)械、港口裝卸機(jī)械、輔助設(shè)備三大類。其中連續(xù)輸送機(jī)械主要以帶式輸送機(jī)為主；裝卸機(jī)械主要包括各式卸船機(jī)、裝船機(jī)、卸車機(jī)、翻車機(jī)、堆取料機(jī)等；輔助設(shè)備主要包括存?zhèn)}、給料機(jī)、計(jì)量裝置、除鐵裝置、各類保護(hù)裝置等。

根據(jù)港口的不同用途，以帶式輸送機(jī)為基礎(chǔ)，配置不同的裝卸機(jī)械就可以建成一個(gè)有相當(dāng)能力的進(jìn)出口碼頭裝卸輸送系統(tǒng)，一個(gè)系統(tǒng)一般有數(shù)個(gè)工藝流程，典型的港口裝卸輸送工藝流程有以下幾種：1）卸車（船）→堆料流程；2）取料→裝船（車）流程；3）取料→向使用單位輸送流程；4）卸車（船）→裝車（船）直取流程；5 卸車（船）→向使用單位輸送直取流程。

2 港口帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)總體要求

1）確定合理的轉(zhuǎn)載方式，提出給料裝置和卸料裝置的要求。

2）理順輸送系統(tǒng)各帶式輸送機(jī)之間的相互關(guān)系。起動(dòng)時(shí)受料的輸送機(jī)先動(dòng)，停機(jī)時(shí)給料的輸送機(jī)先停，當(dāng)輸送機(jī)的參數(shù)不同，通過這一關(guān)系對起動(dòng)和停機(jī)時(shí)間提出要求。

3）當(dāng)不能滿足上面的起動(dòng)和停機(jī)順序的要求時(shí)，需要考慮在輸送機(jī)間增設(shè)緩沖料倉，以提高系統(tǒng)的適應(yīng)能力和系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

4）環(huán)保要求：對于粉塵大的情況要考慮采用密閉輸送或者設(shè)置必要的除塵降塵等設(shè)備。

5）零部件的標(biāo)準(zhǔn)化和通用化及易損件的供貨可能性。

6）選用適應(yīng)工藝要求傾角的輸送機(jī)，根據(jù)物料特性及工況環(huán)境，輸送傾角允許上運(yùn)為15°,下運(yùn)為10°為宜。

7）相鄰?fù)休伣M之間的膠帶下垂度不得超過1%。

8）帶式輸送機(jī)起制動(dòng)時(shí)，最大工作張力不應(yīng)超過正常運(yùn)行時(shí)工作張力的1.5 倍。

9）帶式輸送機(jī)凹弧段曲率半徑的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足空載起動(dòng)時(shí)膠帶不脫離托輥、不產(chǎn)生飄帶現(xiàn)象。

3 港口帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)容及依據(jù)

設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括常規(guī)的帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、避免共振設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)、電氣和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前應(yīng)充分了解對設(shè)備的要求，主要依據(jù)是輸送量。料流均勻時(shí)能夠直接給出，一般應(yīng)按過載量10%運(yùn)量設(shè)計(jì)計(jì)算。輸送線路的詳細(xì)尺寸主要包括最大長度、傾角及提長高度和連接尺寸等。物料的主要參數(shù)有松散密度、安息角、物料的粒度和最大塊度、物料的濕度、磨損性、粘結(jié)性和摩擦因數(shù)。工作條件和環(huán)境狀況包括環(huán)境溫度、使用地點(diǎn)、環(huán)保要求等。給料和卸料方法、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、工作天數(shù)、服務(wù)年限等要求，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，尤其要仔細(xì)權(quán)衡選取最大下垂度、模擬摩擦阻力因數(shù)、輸送帶和滾筒摩擦因數(shù)、輸送帶的安全系數(shù)等對輸送機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全、高效運(yùn)行有很大影響的參數(shù)。

4 港口帶式輸送機(jī)部件配置及選取

4.1 驅(qū)動(dòng)部分合理布置及配置

1）驅(qū)動(dòng)裝置的布置。驅(qū)動(dòng)裝置一般不布置在轉(zhuǎn)載機(jī)房內(nèi)，而選擇布置在地面上，以減少機(jī)房的規(guī)格，同時(shí)減速器優(yōu)先選用平行軸型式，節(jié)省系統(tǒng)基建成本。

2）驅(qū)動(dòng)裝置的配置。遵循可靠、高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、維護(hù)方便的原則，港口帶式輸送機(jī)優(yōu)先選用普通低壓（或高壓）加液力偶合器的驅(qū)動(dòng)方式，其中一般原則是按電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率及機(jī)長進(jìn)行劃分：當(dāng)電機(jī)功率N≤150 kW 時(shí)，屬于短距離膠帶機(jī)，選用普通型限矩型液力偶合器；當(dāng)150＜N≤300 kW 時(shí)，屬于中長距離膠帶機(jī)，選用加長后輔腔限矩型液力偶合器；當(dāng)電機(jī)功率N＞300 kW 時(shí)，屬于長距離膠帶機(jī),選用加長后輔腔、側(cè)輔腔限矩型液力偶合器，進(jìn)一步延長啟動(dòng)時(shí)間，從而可獲得較為理想的啟動(dòng)曲線。

對于長距離（L＞1 000 m）、大運(yùn)量港口帶式輸送機(jī)可優(yōu)先選擇變頻調(diào)速或其它軟驅(qū)動(dòng)方式，其中以選用變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)方式較多，主要因?yàn)樽冾l調(diào)速具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）交流變頻調(diào)速裝置具有調(diào)速范圍寬、控制可靠、節(jié)能效果明顯等特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)起、制動(dòng)速度曲線的自動(dòng)跟蹤，能夠提供理想的可控起、制動(dòng)性能；（2）可以控制輸送機(jī)按設(shè)定的"S"形速度曲線起動(dòng)和制動(dòng)，以滿足整機(jī)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及可靠性的要求；（3）可以實(shí)現(xiàn)多臺驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間的功率平衡,精度較高；（4）能夠適應(yīng)港口運(yùn)輸系統(tǒng)頻繁起停要求；（5）變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置還可以提供低速驗(yàn)帶速度，方便維護(hù)與檢修。

對于大功率帶式輸送機(jī)宜選用雙滾筒多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以降低系統(tǒng)最大張力。從而在保證安全性的前提下，可降低選取膠帶型號，節(jié)省設(shè)備采購成本。

3）模擬摩擦因數(shù)的選取及電機(jī)富余系數(shù)選取。在驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算過程中，模擬摩擦因數(shù)和電機(jī)儲備系數(shù)的合理選取對計(jì)算結(jié)果影響較大，選取合適的系數(shù)以保證輸送機(jī)系統(tǒng)的順利運(yùn)行，同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的要求。在提供的高質(zhì)量產(chǎn)品和良好安裝施工條件前提下，在工況環(huán)境不是特別惡劣的條件下，綜合摩擦因數(shù)推薦取值為：輸送物料為煤，則模擬摩擦因數(shù)f=0.020～0.022；輸送物料為礦石，則模擬摩擦因數(shù)f=0.022～0.025。電機(jī)富余系數(shù)可取K=1.05，必須經(jīng)過輸送機(jī)滿載啟動(dòng)附加功率計(jì)算核實(shí)，保證最終裝機(jī)容量能夠滿載順利啟動(dòng)。

4.2 托輥計(jì)算選取及配置

1）托輥的選擇主要考慮托輥的承載能力和使用壽命，綜合考慮下列因素：載荷的大小及特征、輸送帶的寬度和運(yùn)行速度、使用工況條件、輸送機(jī)的工作制度、輸送物料的特性、托輥軸承壽命、托輥密封結(jié)構(gòu)、潤滑條件、維修制度等，輥徑選取應(yīng)保證輥?zhàn)愚D(zhuǎn)速控制在550 r/min 以內(nèi)為宜。

2）港口帶式輸送機(jī)承載段托輥一般按槽形托輥組與槽形前傾托輥組1∶1 配置，托輥間距根據(jù)輸送物料密度及運(yùn)量大小取為1.2 m 或1 m。凸弧段間距為正常間距的1/2，落料點(diǎn)緩沖托輥間距為正常間距的1/3。

3）頭尾部設(shè)置過渡托輥組，以便膠帶順利成槽，頭部最小過渡距離不小于2.6 倍帶寬，尾部過渡距離應(yīng)不小于正常托輥間距。回程段應(yīng)按平行托輥組與V 形托輥組（或前傾）按2∶1 配置，回程托輥間距一般取為2.4～3 m。靠近頭部回程段宜設(shè)7 組梳形托輥組，回程段改向滾筒布置3組螺旋清掃托輥組（一般指棧橋面），回程段配合使用反V 形托輥組防跑偏，每50 m 布置1 組。其中特別注意，在雙向運(yùn)行膠帶機(jī)上，應(yīng)選槽形托輥組加雙向可逆上調(diào)心托輥組及平行下托輥或V 形托輥加雙向可逆下調(diào)心托輥組。

4.3 滾筒結(jié)構(gòu)及工藝要求

滾筒軸應(yīng)為優(yōu)質(zhì)鍛鋼，滾筒壁厚應(yīng)不小于標(biāo)準(zhǔn)要求且應(yīng)相應(yīng)加厚。滾筒筒體采用鑄焊結(jié)構(gòu)，輪轂與輪軸之間采用脹套聯(lián)接。轂與緣之間的焊接必須采用完全穿透的連續(xù)焊。鑄焊結(jié)構(gòu)的滾筒，其鑄焊接盤材料為鑄鋼，筒體焊接方法為CO2氣體保護(hù)焊，優(yōu)先選用剖分式軸承座，傳動(dòng)滾筒及改向滾筒鑄膠厚度應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上加厚。

4.4 拉緊裝置的設(shè)計(jì)及行程選取

港口帶式輸送機(jī)拉緊形式主要有垂直重錘拉緊、重錘車式拉緊、液壓拉緊。拉緊行程設(shè)計(jì)時(shí)要考慮膠帶本身的伸長量及預(yù)留必要的安裝余量，采用鋼絲繩芯膠帶時(shí)拉緊行程推薦長度見表1。

表1 拉緊行程長度表

4.5 卸料轉(zhuǎn)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）卸料轉(zhuǎn)載系統(tǒng)主要包括頭部漏斗、三通分料器、落料溜管、緩沖對中裝置、導(dǎo)料槽等；

2）卸料轉(zhuǎn)載系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)物料的最大流量和最大塊度進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證任何工況下溜槽不發(fā)生堵料。溜槽截面不小于最大流量通過時(shí)的物料截面的4 倍，溜槽截面最小尺寸應(yīng)不小于輸送物料上3 塊最大塊度疊加的最大尺寸，溜槽傾斜角度不小于60°；

3）卸料轉(zhuǎn)載系統(tǒng)必要位置要設(shè)置檢視門，法蘭聯(lián)接處墊密封軟膠板以防塵、抑塵；

4）三通分料器必須具有重載切換功能，其結(jié)構(gòu)可以承受最大流量和最大塊度物料的長期沖擊，轉(zhuǎn)換擋板翻動(dòng)面必須與物料隔離，防止擋板卡死并確保冬季擋板不與溜槽凍結(jié)，擋板電動(dòng)（液）推桿選取的力矩應(yīng)大于2 倍計(jì)算力矩；

5）緩沖對中裝置布置在溜槽的下部與下路膠帶機(jī)導(dǎo)料槽之間，應(yīng)與下部輸送方向傾斜一致，具有緩沖和防止高落差物料對下路膠帶機(jī)造成的沖擊和破壞，同時(shí)還具有歸中物料的功能；

6）導(dǎo)料槽的布置長度一般不應(yīng)小于帶寬的5 倍，導(dǎo)料槽內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間讓物料通過，導(dǎo)料槽高度不小于3塊最大塊度疊加的最大尺寸，導(dǎo)料槽與輸送帶之間可以采用防溢裙邊密封也可用整條耐磨膠板密封，同時(shí)為了減少摩損與運(yùn)行阻力，一般將導(dǎo)料槽設(shè)計(jì)成X 型斷面；

7）提升式導(dǎo)料槽主要用在多點(diǎn)受料貫通式輸送受料點(diǎn)的情況，當(dāng)使用該點(diǎn)受料時(shí)，將側(cè)板放下，不使用該點(diǎn)受料時(shí)，將側(cè)板提起，提升高度不小于200 mm，以免影響后方物料通過；

8）耐磨襯板主要用于卸載轉(zhuǎn)載系統(tǒng)中受到物料的沖刷和磨損面，常用的襯板材質(zhì)有16Mn、耐磨鑄鐵、高鉻鋼、雙合金焊接襯板、不銹鋼等。襯板尺寸不宜過大，重量不應(yīng)超過25 kg，以便于更換。

5 港口帶式輸送機(jī)安全防護(hù)配置

港口帶式輸送機(jī)處于海邊，時(shí)常有強(qiáng)級風(fēng)暴，輸送機(jī)必須具有預(yù)防臺風(fēng)掀翻輸送帶的措施，對堆場內(nèi)的堆取料輸送機(jī)及碼頭上的裝卸船輸送機(jī)必須配置防風(fēng)鏈和防風(fēng)桿。兩者均按25 m 設(shè)置一套。防風(fēng)鏈不工作時(shí)放入中間架兩側(cè)的鏈盒內(nèi)，防風(fēng)桿不工作時(shí)置于輸送帶下方。同時(shí)港口帶式輸送機(jī)本身應(yīng)嚴(yán)格防護(hù)，主要防護(hù)人員能夠觸及到的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)設(shè)備；防護(hù)所有的切斷末端；防護(hù)所有在“合理”延伸范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)部件；在工作臺、工作場所、通道等提供結(jié)實(shí)的護(hù)欄。

6 港口帶式輸送機(jī)應(yīng)用

從2002年至今，港口帶式輸送機(jī)先后應(yīng)用在黃驊港、連云港、天津南疆港、曹妃甸、羅源灣、可門儲運(yùn)碼頭、浙江舟山碼頭、珠海高欄港、東吳碼頭、江陰碼頭、湄洲灣碼頭等，帶寬最大達(dá)2 m，最大運(yùn)量達(dá)8 695 t/h，最大帶速6.1 m/s。

7 結(jié)語

隨著各大型港口的新建、擴(kuò)建及改造，帶式輸送機(jī)作為港口運(yùn)輸機(jī)械的重要組成部分，將有更大更多的應(yīng)用空間，港口帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)將得到不斷改進(jìn)和提高，也將產(chǎn)生更多更好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］陽光.港口起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選型與使用維護(hù)及質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)用手冊［M］.北京：北方工業(yè)出版社，2007.

［2］宋偉剛.通用帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［3］李剛，肖麗君.港口長距離大運(yùn)量帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式探討［J］.水運(yùn)工程，2011（11）：155-157.

［4］北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院.DTII（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選用手冊［M］.2 版.北京：冶金工業(yè)出版社，2013.