莊敏

（福建省華廈能源設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，特別是沿海地區(qū)城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，建筑用砂市場(chǎng)需求總量巨大，許多大型砂石生產(chǎn)基地紛紛投產(chǎn)建設(shè)。砂石依據(jù)不同的生產(chǎn)工藝在各生產(chǎn)單元之間流轉(zhuǎn)，主要通過(guò)各型機(jī)械化運(yùn)輸設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文根據(jù)某天然砂生產(chǎn)項(xiàng)目的輸送工藝方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，研究探討波狀擋邊帶式輸送機(jī)在短距離、大傾角運(yùn)輸條件下的應(yīng)用前景。

1 工程概況和工藝要求

廈門某天然砂產(chǎn)業(yè)園生產(chǎn)基地項(xiàng)目位于翔安區(qū)新店鎮(zhèn)蓮河碼頭片區(qū)，一期規(guī)劃年產(chǎn)量達(dá)5×106t，規(guī)劃成品砂子運(yùn)出采用海上船運(yùn)方式，故堆場(chǎng)區(qū)臨近海邊布置，場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)×寬=120 m×60 m，長(zhǎng)度方向與海岸線平行。根據(jù)堆場(chǎng)生產(chǎn)工藝要求，砂子需要提升至少距離地面9 m后，再經(jīng)轉(zhuǎn)載裝入位于2個(gè)靠泊點(diǎn)的運(yùn)砂船，輸送量不小于700 t/h。

原設(shè)計(jì)采用通用型帶式輸送機(jī)進(jìn)行提升運(yùn)輸，即先沿平行海岸線方向布置輸送機(jī)裝料地槽，裝設(shè)傾角16°的帶式輸送機(jī)用于提升物料，待提升至所需高度后，轉(zhuǎn)載到其頭部下方沿垂直海岸線方向水平布置的裝船用帶式輸送機(jī)。該方案的輸送機(jī)在地面的爬坡提升段接近56 m，而且根據(jù)運(yùn)砂船2個(gè)靠泊點(diǎn)的間隔要求，需要布置2條運(yùn)輸方向相反的提升輸送機(jī)，因此輸送機(jī)的提升段會(huì)占用部分堆場(chǎng)面積，不能用于儲(chǔ)存砂子，嚴(yán)重影響堆場(chǎng)儲(chǔ)砂工藝布置，減少堆場(chǎng)的儲(chǔ)量，無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。經(jīng)過(guò)綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和工藝要求，當(dāng)提升運(yùn)輸方向垂直于海岸線時(shí)，基本不影響儲(chǔ)砂工藝布置，而且能夠使運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)場(chǎng)區(qū)儲(chǔ)量的影響降至最低（如圖1所示）。但是受到堆場(chǎng)地形狹窄的限制，如果采用通用型帶式輸送機(jī)，其最小提升角度將會(huì)達(dá)到45°，已超過(guò)砂子的最大允許運(yùn)輸傾角，必須選用能夠進(jìn)行短距離、大傾角的提升設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2 選型設(shè)計(jì)方案的比選確定

為實(shí)現(xiàn)短距離、大傾角提升的工藝布置要求，擬采用兩種提升方案。以下按照每個(gè)運(yùn)砂船裝載點(diǎn)所需設(shè)備，對(duì)方案的技術(shù)特征進(jìn)行比較，如表1所示。

（1）采用普通型帶式輸送機(jī)與斗式提升機(jī)聯(lián)合布置提升方式的優(yōu)劣。在垂直海岸線的地槽內(nèi)布置普通型帶式輸送機(jī)，其尾部受料后，輸送至斗式提升機(jī)受料斗口，再垂直提升至所需高度后，轉(zhuǎn)載至裝船用帶式輸送機(jī)，如圖2所示。

該方案的生產(chǎn)過(guò)程需要物料轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)和生產(chǎn)設(shè)備較多，生產(chǎn)管理復(fù)雜。由于生產(chǎn)要求的物料輸送量高，一般型號(hào)的斗式提升機(jī)無(wú)法滿足要求，需要進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)制造，設(shè)備所需功率高，購(gòu)置價(jià)格高，而且高運(yùn)量容易使斗式提升機(jī)發(fā)生過(guò)載停機(jī)現(xiàn)象，日常使用維護(hù)成本高［2］。受到海邊地下水位較高的影響，提升機(jī)安裝井的基礎(chǔ)土建施工難度較大，建設(shè)施工和日常維護(hù)費(fèi)用高。

（2）采用波狀擋邊帶式輸送機(jī)“S”型布置提升方式的優(yōu)劣。在垂直海岸線的地槽內(nèi)布置該型輸送機(jī)，在保證尾部水平裝料長(zhǎng)度的同時(shí)，可以按需求選擇在45°～90°傾角范圍內(nèi)，將砂子提升至所需高度后，再轉(zhuǎn)載至裝船用帶式輸送機(jī)。本方案采用45°傾角，如圖3所示。

表1 方案技術(shù)特征比較表

該方案的工藝布置簡(jiǎn)潔，生產(chǎn)高效，便于生產(chǎn)管理；波狀擋邊帶式輸送機(jī)屬于特種設(shè)備，比通用型帶式輸送機(jī)的購(gòu)置價(jià)格高40%～50%；輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)，不易受給料沖擊的影響，日常維護(hù)方便，使用成本低；土建施工簡(jiǎn)單，費(fèi)用低。

通過(guò)對(duì)以上的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性比較，最終該工程選擇方案二的運(yùn)輸工藝。

3 所選工藝方案的校核計(jì)算與分析

工程方案選用的波狀擋邊帶式輸送機(jī)原始參數(shù)見(jiàn)表2，本文相關(guān)計(jì)算公式均引用自 《DJⅡ型波狀擋邊帶式輸送機(jī)系列設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》［1］。

3.1 輸送能力校核計(jì)算

當(dāng)采用“TC”型橫隔板時(shí)，輸送帶實(shí)際輸送能力按式（1）計(jì)算。

式中：Qm為輸送帶實(shí)際輸送能力，t/h；γ 為物料密度，t/m3；h 為隔板高度，m；Bf為有效帶寬，m；V 為帶速，m/s；tq為物料與基帶的理論接觸長(zhǎng)度，m，tq=h （0.5774+ctgβ），β為輸送機(jī)傾角，（°）；ts為隔板間距，m。

經(jīng)計(jì)算得，Qm=776 t/h，大于工程所要求的輸送能力，該型輸送機(jī)實(shí)際輸送能力滿足要求。

3.2 傳動(dòng)力和需用功率計(jì)算

（1）計(jì)算傳動(dòng)滾筒上所需的圓周驅(qū)動(dòng)力Fu。傳動(dòng)滾筒上所需的圓周驅(qū)動(dòng)力一般由主要阻力、提升阻力和改向、壓帶輪附加阻力構(gòu)成，如式（2）所示。

表2 波狀擋邊帶式輸送機(jī)選型參數(shù)表

式中：FH為主要阻力，N；Fst為提升阻力，N；Ff為改向、 壓帶輪附加阻力，N，可按每個(gè)輪400 N估算，約1600 N。

當(dāng)輸送機(jī)傾角 β 小于 90°時(shí)，F(xiàn)H與 Fst可分別按式（3）、（4）計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算得，F(xiàn)u=27 081 N。

（2）計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸所需功率

式中：PM為電機(jī)功率，kW；η 為傳動(dòng)效率，η=0.75～0.9，取 η=0.8。經(jīng)計(jì)算得，PM=54.16 kW。

3.3 輸送帶安全校核計(jì)算

（1）輸送帶最大張力Smax

式中：S0為輸送帶最小初張力，N；S0=5（qB+qG）·L1·g；L1為托輥間距，m，一般取1 m；

經(jīng)計(jì)算得，Smax=47 155 N。

（2）校核輸送帶安全系數(shù)m

式中：m為輸送帶安全系數(shù)，通常在8～10之間；Z為輸送帶層數(shù)；B 為帶寬，mm；［σ］為許用帶強(qiáng)，［σ］=300 N/（mm·層）。

經(jīng)計(jì)算得，m=38.17，可以滿足安全輸送要求。

通過(guò)以上計(jì)算分析，表明該工程選擇的波狀擋邊帶式輸送機(jī)運(yùn)輸方案，能完全滿足生產(chǎn)能力和安全需求。

4 結(jié)論

本文通過(guò)砂石堆場(chǎng)運(yùn)輸工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)例，對(duì)2種短距離、大傾角運(yùn)輸工藝進(jìn)行比較分析，重點(diǎn)介紹了波狀擋邊帶式輸送機(jī)具有的優(yōu)越性及局限性。在滿足相同提升高度的條件下，該型輸送機(jī)相比通用型帶式輸送機(jī)（運(yùn)輸傾角16°），可以縮短機(jī)長(zhǎng)和減少占地面積50%以上，非常適合在狹小區(qū)域內(nèi)布置使用；而且相比斗式提升機(jī)，具有簡(jiǎn)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低設(shè)備功率和能耗，生產(chǎn)效率高，運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。在投資成本可接受的前提下，應(yīng)優(yōu)先作為短距離、大傾角的提升運(yùn)輸方式。本文是基于實(shí)際的工程案例，對(duì)于類似項(xiàng)目具有借鑒意義。