王浙斌

（寧波舟山港北侖礦石碼頭分公司，浙江寧波 315800）

0 引言

帶式輸送機(jī)是目前散貨碼頭物料輸送的主要方式之一，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、能耗低、對(duì)環(huán)境污染小，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，同時(shí)管理維護(hù)方便，在連續(xù)裝載條件下可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸。近年來，隨著國內(nèi)鐵礦石需求量的不斷提升，對(duì)碼頭裝卸效率提出了更高的要求，如何發(fā)揮帶式輸送機(jī)連續(xù)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，降低運(yùn)行故障率，是碼頭裝卸作業(yè)的技術(shù)難題。

1 問題

寧波舟山港北侖礦石碼頭分公司是進(jìn)口鐵礦石裝卸作業(yè)的專業(yè)化碼頭，共有帶式輸送機(jī)50多條，目前使用的膠帶分鋼絲帶和聚酯帶兩種，因聚酯帶具有尼龍帶優(yōu)良的成槽性,又兼具鋼絲帶的低延伸率，廣泛應(yīng)用于碼頭短距離輸送機(jī)上。從2014年至2017年，碼頭更換聚酯帶35次，因接頭開裂造成皮帶提前報(bào)廢的12次，接近聚酯帶總更換量的35%，尤其在BC23，BC24，BC25這3條大傾角、作業(yè)頻繁的輸送機(jī)上，膠帶接頭開裂次數(shù)接近80%，嚴(yán)重影響膠帶使用壽命和裝卸效率。

2 原因分析

2.1 接頭質(zhì)量不合格

接頭質(zhì)量不合格是引發(fā)接頭開裂的重要原因之一，硫化接頭是目前最理想的一種接頭方式，接頭強(qiáng)度可以達(dá)到原帶體強(qiáng)度的75%以上，北侖礦石碼頭現(xiàn)用輸送帶均采用硫化接頭。在硫化過程中接頭清理不徹底，聚酯層疊加，膠漿涂抹量不夠或不均，同時(shí)膠料、膠漿變質(zhì)以及硫化3要素（時(shí)間、溫度、壓力）未達(dá)到工藝要求都會(huì)導(dǎo)致接頭開裂。

2.2 輸送機(jī)過渡段距離設(shè)置不合理

輸送機(jī)頭、尾部滾筒到第一組承載托輥架之間的輸送帶區(qū)段稱為過渡段，該段輸送帶由槽型變成平型或者由平型變?yōu)椴坌?。輸送帶形變過程中，會(huì)對(duì)輸送帶兩側(cè)進(jìn)行拉伸，從而產(chǎn)生附加拉應(yīng)力。通過帶式輸送機(jī)相關(guān)計(jì)算公式，同時(shí)根據(jù)逐點(diǎn)計(jì)算法可以得出輸送帶的最大張力點(diǎn)位于頭部滾筒趨入點(diǎn)，即輸送帶由槽型變成平型的臨界點(diǎn)。

使用solidworks中的simulation建立輸送機(jī)過渡段三維實(shí)體模型，輸送機(jī)過渡段距離分別設(shè)置2 m，3 m，4 m等3個(gè)模型，分別對(duì)其設(shè)置材料參數(shù)和進(jìn)行網(wǎng)格劃分（圖1），以碼頭輸送機(jī)BC24（輸送機(jī)長(zhǎng)32 m，傾角12°，聚酯帶選用EP300）為參數(shù)依據(jù)，通過計(jì)算可得趨入點(diǎn)張力為8.5×104N，對(duì)模型進(jìn)行受力分析并施加模擬載荷，得到輸送帶模型的受力云圖及應(yīng)力云圖，分別見圖 2，圖3，圖4。

圖1 過渡段2 m有限元模型

圖2 過渡段距離2 m應(yīng)力云

圖3 過渡段距離3 m應(yīng)力云

圖4 過渡段距離4 m應(yīng)力云

由圖2，圖3，圖4可知，由于輸送帶過渡段的形變，在膠帶張力作用下，形成兩處應(yīng)力集中點(diǎn)，其中過渡段距離為2 m的最大應(yīng)力為20.4 MPa，距離設(shè)置為3 m時(shí)最大應(yīng)力為15.4 MPa，距離設(shè)置為4 m時(shí)最大應(yīng)力為12.9 MPa，可以得出當(dāng)過渡段距離設(shè)置為4 m時(shí)，最大應(yīng)力才小于輸送帶覆蓋層拉伸強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值（表1）15 MPa，故輸送機(jī)過渡段距離的設(shè)置，需根據(jù)每一條輸送機(jī)應(yīng)力集中點(diǎn)應(yīng)力大小，得出合理布置距離，避免出現(xiàn)皮帶最大應(yīng)力超過輸送帶的額定拉伸強(qiáng)度致使接頭開裂。

表1 普通用途織物芯輸送帶覆蓋層拉伸強(qiáng)度

2.3 給料裝置結(jié)構(gòu)不合理

給料裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)劣，很大程度上決定了下一級(jí)輸送帶的使用壽命，物料通過給料裝置到達(dá)下一級(jí)皮帶的速度大小和方向應(yīng)盡可能接近下一級(jí)皮帶的速度。使用DEM軟件，以碼頭現(xiàn)用料斗為模型，分析物料離開皮帶的瞬間，到物料到達(dá)下一級(jí)皮帶的瞬間過程（圖5）。

圖5 優(yōu)化前后料流仿真分析

從由優(yōu)化前的料流分析圖（圖5）可以得出，物料經(jīng)過原始料斗之后到達(dá)下一級(jí)皮帶時(shí)瞬時(shí)速度存在明顯減小。根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律可得公式：

式中V——下一級(jí)皮帶速度，m/s

V0——物料達(dá)到下一級(jí)皮帶時(shí)，沿帶速方向分速度，m/s

t——物料速度達(dá)到下一級(jí)皮帶帶速所需時(shí)間，s

μ——物料與皮帶動(dòng)摩擦因數(shù)

g——重力加速度

θ——下一級(jí)皮帶的傾角，°

由公式（1）可知，當(dāng)下一級(jí)皮帶帶速、傾角一定時(shí)，物料與下一級(jí)皮帶存在滑動(dòng)摩擦的時(shí)間t，由物料達(dá)到下一級(jí)皮帶時(shí)沿皮帶運(yùn)動(dòng)方向分速度的大小決定。一旦物料與皮帶存在速度差則皮帶將受到與運(yùn)行方向相反的滑動(dòng)摩擦力，物料初速度越小，與皮帶之間滑動(dòng)摩擦?xí)r間越長(zhǎng)。在反方向滑動(dòng)摩擦力作用下，硫化接頭就會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

2.4 托輥更換不及時(shí)

托輥使用過程中，由于系統(tǒng)振動(dòng)或是礦石、水等雜質(zhì)進(jìn)入軸承內(nèi)部，導(dǎo)致托輥軸承卡死，托輥外殼與托輥軸不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。在皮帶運(yùn)行過程中，托輥不斷與皮帶摩擦，長(zhǎng)時(shí)間不更換卡死托輥，當(dāng)外殼磨穿之后殼壁就形成了類似“刮刀”形式的破口，一旦接頭與皮帶本體存在厚薄差，將導(dǎo)致皮帶接頭刮起。

3 結(jié)語

總結(jié)北侖礦石碼頭聚酯帶開裂的原因、結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境以及輸送機(jī)結(jié)構(gòu)，分別從設(shè)備與人為因素兩方面對(duì)接頭開裂進(jìn)行全面分析，使用solidworks中的simulation對(duì)輸送機(jī)過渡段模型進(jìn)行有限元分析，使用DEM軟件進(jìn)行料流仿真模擬，得出合理布置輸送機(jī)過渡段間距和合理設(shè)計(jì)給料裝置結(jié)構(gòu)對(duì)避免接頭開裂的重要性。從硫化工藝和維護(hù)保養(yǎng)兩方面分析接頭開裂的相關(guān)因素，為預(yù)防措施的制定打下良好基礎(chǔ)。