李少良 李建紅 劉衛(wèi)斌 鄧志勇

1 湖南省港務(wù)集團(tuán) 岳陽(yáng) 414002 2 衡陽(yáng)運(yùn)輸機(jī)械有限公司 衡陽(yáng) 421002

散料碼頭帶式輸送機(jī)系統(tǒng)是某碼頭環(huán)保提質(zhì)改造工程的主要組成部分，散料碼頭改造2 個(gè)5 000 噸級(jí)散貨進(jìn)口泊位，設(shè)計(jì)吞吐量及通過(guò)能力為600 萬(wàn)t/a 鐵礦石，工程共包含13 條帶式輸送機(jī)（一期10 條）、3 臺(tái)卸船機(jī)、3 臺(tái)堆取料機(jī)、2 臺(tái)連續(xù)裝車(chē)機(jī)（一期1 臺(tái)）及相關(guān)配套的三通料斗和輸送機(jī)控制系統(tǒng)。2018年開(kāi)始建設(shè)，2020 年建成投入使用。本文通過(guò)對(duì)該帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的工藝布置、設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題進(jìn)行介紹與分析。

1 卸船、堆取料及裝車(chē)工藝

圖1 為散料碼頭的設(shè)計(jì)效果圖，圖2 為卸船、堆取料及裝車(chē)工藝流程。散料碼頭卸船配置3 臺(tái)單機(jī)額定效率為800 t/h 輕型橋式抓斗卸船機(jī)，平臺(tái)后設(shè)碼頭前沿雙線2 000 t/h 帶式輸送機(jī)(J1C1/J2C1)，分別將2 個(gè)泊位卸料向堆場(chǎng)或列車(chē)輸送物料。單條帶式輸送機(jī)可同時(shí)從2 臺(tái)卸船機(jī)受料，設(shè)計(jì)輸送量為2 000 t/h；當(dāng)只有1臺(tái)卸船機(jī)給供料時(shí)，受料帶式輸送機(jī)輸送效率切換為1 000 t/h。

圖1 散料碼頭設(shè)計(jì)效果圖

碼頭前沿帶式輸送機(jī)、再通過(guò)T1/T2 轉(zhuǎn)運(yùn)站、J1C2/J2C2、D1C1 ～D3C1 帶式輸送機(jī)將物料送至后方全封閉散料堆場(chǎng)，鐵礦石靜態(tài)儲(chǔ)量34.1 萬(wàn)t，堆場(chǎng)內(nèi)部配置3 臺(tái)DQ2 000 / 3 000 t/h-42 m(堆料2 000 t/h，取料3 000 t/h)斗輪堆取料機(jī)(SR01 ～SR03)進(jìn)行裝卸作業(yè)，堆場(chǎng)內(nèi)的3 條帶式輸送機(jī)，其中2 條用于堆料，1 條用于取料，可根據(jù)堆取料位置進(jìn)行切換。堆場(chǎng)取料后通過(guò)3 000 t/h 帶式輸送機(jī)分別經(jīng)過(guò)T3/T4 轉(zhuǎn)運(yùn)站和C1C1/C2C1、T1C1、T2C1 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)連接至列車(chē)裝車(chē)區(qū)，列車(chē)裝車(chē)區(qū)配合（一期）1 臺(tái)TL3 000 t/h-14 m 鐵路軌道移動(dòng)式裝車(chē)機(jī)(TL01)進(jìn)行裝車(chē)作業(yè)，裝車(chē)機(jī)可覆蓋3 股裝車(chē)線(近軌道側(cè)裝車(chē)線工位兼顧檢修工位)，裝車(chē)線可一次對(duì)55 節(jié)車(chē)廂進(jìn)行裝車(chē)作業(yè)。在鐵路股道另一側(cè)預(yù)留一線1 臺(tái)TL3 000 t/h-14 m(TL02)軌道移動(dòng)式鐵路裝車(chē)機(jī)作業(yè)線(T2C1)，以備后期設(shè)備檢修工況時(shí)使用。

圖2 裝卸工藝流程圖

2 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的特點(diǎn)及其要求

由于該料場(chǎng)系統(tǒng)主要是向省內(nèi)的鋼鐵廠供應(yīng)礦石，礦石來(lái)自于不同的礦石供應(yīng)商，礦石種類多，且由于氣候的影響，礦石的顆粒大小、含水量變化較大，為了適應(yīng)卸船和裝車(chē)工藝需要在多個(gè)轉(zhuǎn)載站處分流與匯流。

由于料場(chǎng)封閉，為了節(jié)省占地和建設(shè)成本，各條帶式輸送機(jī)的布置需要盡量緊湊。同時(shí)也限制了堆料輸送機(jī)卸料車(chē)的高度。

2.2 帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝要求，系統(tǒng)（一期）共10 臺(tái)帶式輸送機(jī)的主要參數(shù)如表1 所示。

1）帶寬帶速選擇

為保證港口的吞吐能力并與卸船機(jī)和堆取料機(jī)匹配，J1C2/J2C2、D1C1/D2C1/D3C1、T1C1 帶式輸送機(jī)的輸送量為3 000 t/h，其他輸送機(jī)輸送量為2 000 t/h。帶寬分別選擇為1 400 mm 和1 200 mm，帶速依次為3.15 m/s 和2.5 m/s。

2）驅(qū)動(dòng)功率和帶強(qiáng)的確定

設(shè)計(jì)采用GB/T 36698—2018 《帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算方法》[2]進(jìn)行功率張力計(jì)算，D1C1/D2C1/D3C1 帶式輸送機(jī)的功率由初步設(shè)計(jì)的500 kW 降低為450 kW。選用限矩型液力耦合器驅(qū)動(dòng)。

3）拉緊裝置的選擇

拉緊裝置有螺旋拉緊、重錘拉緊、液壓缸和絞車(chē)等拉緊方式[2]。考慮到系統(tǒng)的各個(gè)帶式輸送機(jī)的長(zhǎng)度屬短距離和中等長(zhǎng)度輸送機(jī)，且布置空間受到一定限制，對(duì)布置空間可以滿足設(shè)置重錘拉緊要求的采用重錘拉緊，而其他輸送機(jī)選用液壓拉緊。由于空間的限制，D2C1輸送機(jī)將拉緊裝置布置在驅(qū)動(dòng)裝置的緊邊，驅(qū)動(dòng)裝置采用限矩型耦合器，耦合器的啟動(dòng)時(shí)間在15s 以內(nèi)。而由于該輸送機(jī)為堆料、裝車(chē)線輸送機(jī)，輸送帶需要繞經(jīng)多個(gè)滾筒，一般鋼絲繩芯輸送帶中張力波傳播的速度為2 000～3 000 m/s，但張力波經(jīng)過(guò)滾筒時(shí)會(huì)出現(xiàn)波的折射、反射現(xiàn)象，從實(shí)際應(yīng)用情況看，驅(qū)動(dòng)裝置啟動(dòng)后，應(yīng)力波傳遞到頭部大約需要10 s，在重載啟動(dòng)開(kāi)始階段會(huì)出現(xiàn)少許的傳動(dòng)滾筒打滑現(xiàn)象，但不影響輸送機(jī)的正常啟動(dòng)與運(yùn)行。

表1 帶式輸送機(jī)的主要配置

4）采用DEM 仿真方法驗(yàn)證轉(zhuǎn)載系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性

在項(xiàng)目進(jìn)行中，對(duì)所有轉(zhuǎn)載站采用DEM 分析軟件進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，這里僅給出T3 轉(zhuǎn)載站的仿真結(jié)果。為觀察物料的狀態(tài)，對(duì)所建立的DEM 仿真模型(見(jiàn)圖3)在圖中4 個(gè)位置提取物料速度。

圖3 T3 轉(zhuǎn)載站物料速度測(cè)量區(qū)域

由于T3 轉(zhuǎn)載站從開(kāi)始仿真到得到穩(wěn)定狀態(tài)需要將近10 s 的時(shí)間，因而在討論中所分析的結(jié)果都是仿真開(kāi)始后的10 ～15 s 之間的數(shù)據(jù)。T3 轉(zhuǎn)載站各個(gè)區(qū)域物料速度隨時(shí)間的變化圖如圖4 ～圖7 所示，圖4 和圖5 分別為圖2 中1 號(hào)和4 號(hào)位置的物料速度，物料速度指給料帶式輸送機(jī)和受料帶式輸送機(jī)的速度為3.15 m/s。圖6 為給料輸送機(jī)卸料到轉(zhuǎn)載站上的沖擊位置和沖擊速度，圖7 為物料落到受料帶式輸送機(jī)上的物料速度大小和方向。一般來(lái)說(shuō)，物料在受料輸送機(jī)運(yùn)行方向的速度應(yīng)接近于受料帶式輸送機(jī)的速度，然而，本系統(tǒng)由于輸送的物料品種多，特別在輸送含水率較高的情況下，為了防止堵料加大了溜槽的傾斜角度。為了避免細(xì)、粘性物料的粘結(jié)，在轉(zhuǎn)載站漏斗上設(shè)置了振打器。為降低轉(zhuǎn)載站襯板的磨損和大塊物料的沖擊，轉(zhuǎn)載站還設(shè)計(jì)了圖8 所示防止襯板磨損結(jié)構(gòu)(俗稱料打料)。

按照文獻(xiàn)[4]的評(píng)價(jià)方法給出了顆粒流對(duì)受料輸送帶的最大沖擊力和沖擊系數(shù)(見(jiàn)表2)，較好地反映了顆粒流的沖擊效果，可見(jiàn)整個(gè)轉(zhuǎn)載站對(duì)受料帶式輸送機(jī)的沖擊較小。對(duì)受料帶式輸送機(jī)上受料情況進(jìn)行了分析，輸送帶的可能最大偏移滿足GB/T 10595—2017《帶式輸送機(jī)》4.2.2 的要求。

表2 T3 轉(zhuǎn)載站受料輸送帶10 ～15 s 的沖擊力和沖擊系數(shù)

圖4 T3 轉(zhuǎn)載站1 號(hào)測(cè)試區(qū)域物料速度

圖5 T3 轉(zhuǎn)載站4 號(hào)測(cè)試區(qū)域物料速度

圖6 T3 轉(zhuǎn)載站2 號(hào)測(cè)試區(qū)域物料速度

圖7 T3 轉(zhuǎn)載站3 號(hào)測(cè)試區(qū)域物料速度

圖8 料打料溜槽的制造

3 帶式輸送機(jī)的制造、安裝與應(yīng)用效果

整個(gè)項(xiàng)目按合同90 天完成交貨，圖9 為封閉料場(chǎng)中設(shè)備的安裝，目前項(xiàng)目正式投產(chǎn)。

帶式輸送機(jī)封閉運(yùn)行、干霧除塵等措施解決了環(huán)保問(wèn)題。打造了高效生產(chǎn)線，1.5 h 可完成一列55 節(jié)車(chē)廂、3 500 t 散料裝車(chē)，年吞吐能力可達(dá)1 000 萬(wàn)t，效率提升近70%的同時(shí)降低裝卸成本25%。對(duì)于建設(shè)專業(yè)化大宗干散貨泊位、特別是老舊碼頭提質(zhì)改造具有示范意義。

圖9 安裝中的封閉料場(chǎng)設(shè)備