岳金燦，熊玲燕

(中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300220)

引言

帶式輸送機(jī)輸送能力強(qiáng)，輸送距離遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于維護(hù)，能方便地實(shí)行程序化控制和自動(dòng)化操作，廣泛應(yīng)用于港口專業(yè)化大宗散貨碼頭的水平運(yùn)輸。常規(guī)帶式輸送機(jī)大部分以單向運(yùn)行為主，輸送帶通過(guò)驅(qū)動(dòng)滾筒與輸送帶之間的摩擦力拖動(dòng)，為避免帶式輸送機(jī)的膠帶在傳動(dòng)滾筒上打滑，通常設(shè)置拉緊裝置適當(dāng)?shù)貙⒛z帶預(yù)拉緊，產(chǎn)生初張力，張緊裝置常設(shè)于輸送機(jī)膠帶張力最小的部位，即驅(qū)動(dòng)滾筒逐出端或奔離端。單向運(yùn)行帶式輸送機(jī)技術(shù)成熟，工程案例較多，而雙向運(yùn)行帶式輸送機(jī)雖然在電廠、原料場(chǎng)等應(yīng)用較多，但帶式輸送機(jī)能力相對(duì)港口來(lái)說(shuō)均偏小，參考價(jià)值不大，而國(guó)內(nèi)港口相應(yīng)的案例較少，帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)或規(guī)范也沒有具體針對(duì)雙向運(yùn)行帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)方法或設(shè)計(jì)案例。因此，對(duì)于雙向運(yùn)行帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)方案就顯得非常關(guān)鍵。尤其是長(zhǎng)距離雙向運(yùn)行的帶式輸送機(jī)，正確計(jì)算多工況運(yùn)行條件下輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率、膠帶的張力、張緊力等參數(shù)對(duì)于帶式輸送機(jī)的選型十分重要。

本文以具體改造項(xiàng)目為例，探討長(zhǎng)距離雙向運(yùn)行帶式輸送機(jī)改造的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思路，為相關(guān)類似工程提供參考。

1 工程概述

某專業(yè)化礦石碼頭堆場(chǎng)原設(shè)計(jì)取料線BQ 帶式輸送機(jī)用于堆場(chǎng)取料裝火車或裝汽車作業(yè)，BQ 帶式輸送機(jī)由西向東單向運(yùn)行，輸送機(jī)頭部卸料滾筒下方對(duì)應(yīng)裝火車或裝汽車的帶式輸送機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)接流程，BQ 帶式輸送機(jī)上對(duì)應(yīng)配置一臺(tái)斗輪取料機(jī)，額定取料能力3 600 t/h。隨著港口生產(chǎn)業(yè)務(wù)的多元化，需要增加專業(yè)化礦石堆場(chǎng)取料配礦的功能，由于原設(shè)計(jì)方案BQ 帶式輸送機(jī)頭部轉(zhuǎn)接機(jī)房沒有相應(yīng)的接口預(yù)留，只能對(duì)既有裝卸工藝流程進(jìn)行相應(yīng)的改造。最終經(jīng)多方案比選，選擇將BQ 帶式輸送機(jī)向西反向延長(zhǎng)，接入后續(xù)新建配礦流程，BQ 帶式輸送機(jī)由既有的單向運(yùn)行模式調(diào)整為雙向運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)專業(yè)化礦石堆場(chǎng)BQ 線取料機(jī)取料后向東完成裝火車或裝汽車作業(yè)、向西完成配礦作業(yè)的功能，大大增加堆場(chǎng)取料作業(yè)的靈活性。在不影響既有堆場(chǎng)作業(yè)功能的情況下，增加裝卸作業(yè)流程的靈活性，盡量減少改造項(xiàng)目對(duì)既有生產(chǎn)的停機(jī)影響，為港口業(yè)務(wù)的拓展提供技術(shù)保障。可見，本項(xiàng)目BQ 帶式輸送機(jī)雙向運(yùn)行改造將是實(shí)現(xiàn)改造目標(biāo)的關(guān)鍵所在。

2 改造方案

為實(shí)現(xiàn)BQ 帶式輸送機(jī)雙向運(yùn)行的要求，改造方案具體如下：拆除現(xiàn)有BQ 帶式輸送機(jī)尾部滾筒，將BQ 帶式輸送機(jī)向西爬升延長(zhǎng)約52 m，新建BQ帶式輸送機(jī)西側(cè)頭部卸料滾筒和相應(yīng)的轉(zhuǎn)接機(jī)房；將BQ 帶式輸送機(jī)原前傾托輥架全部更換為非前傾托輥架，并按照雙向運(yùn)行的要求對(duì)帶式輸送機(jī)支腿進(jìn)行加固和增加雙向防跑偏托輥組；將BQ 帶式輸送機(jī)東側(cè)現(xiàn)有2個(gè)地面驅(qū)動(dòng)滾筒中的2#驅(qū)動(dòng)滾筒移至西側(cè)地面，并在西側(cè)地面2#驅(qū)動(dòng)滾筒處新建小車重錘張緊裝置，使BQ 帶式輸送機(jī)東西兩側(cè)地面各布置1 個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率450 kW，張緊重錘重量及膠帶強(qiáng)度根據(jù)最終張力計(jì)算大小進(jìn)行相應(yīng)核算。

由于BQ 帶式輸送機(jī)改為雙向運(yùn)行，BQ 帶式輸送機(jī)對(duì)應(yīng)的取料機(jī)與地面帶式輸送機(jī)連接的移動(dòng)式導(dǎo)料槽也要進(jìn)行相應(yīng)的改造，以適應(yīng)取料機(jī)雙向取料的要求。

BQ 帶式輸送機(jī)雙向運(yùn)行原設(shè)計(jì)及改造方案示意圖如圖1、圖2。

圖1 原BQ 帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

圖2 BQ 帶式輸送機(jī)雙向運(yùn)行改造方案簡(jiǎn)圖

3 相關(guān)計(jì)算

3.1 帶式輸送機(jī)雙向運(yùn)行改造方案技術(shù)參數(shù)

表1 帶式輸送機(jī)雙向運(yùn)行改造方案技術(shù)參數(shù)

3.2 運(yùn)行阻力與驅(qū)動(dòng)功率

BQ 帶式輸送機(jī)雙向運(yùn)行改造方案輸送機(jī)運(yùn)行阻力根據(jù)《帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度大于80 m 時(shí)，可按下列公式計(jì)算：

式中：

FU—傳動(dòng)滾筒所需圓周力；

FH—主要阻力（N）；

C—附加阻力系數(shù)；

FS1—主要特種阻力；

FS2—附加特種阻力；

FSt—傾斜阻力。

帶式輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)傳動(dòng)滾筒所需運(yùn)行功率及驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需功率，應(yīng)按下列計(jì)算：

式中：

PA—傳動(dòng)滾筒所需運(yùn)行功率（kW）；

v —帶速（m/s）；

PM—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)所需運(yùn)行功率（kW）；

η1—驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率。

其中附加阻力系數(shù)C 取值1.06，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率η1取值0.85。

1）BQ 帶式輸送機(jī)由西向東運(yùn)行工況

根據(jù)上述計(jì)算公式，將帶式輸送機(jī)相關(guān)技術(shù)參數(shù)代入后，計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 運(yùn)行阻力與驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算結(jié)果（由西向東）

2）BQ 帶式輸送機(jī)由東向西運(yùn)行工況

同理，BQ 帶式輸送機(jī)由東向西運(yùn)行工況下運(yùn)行阻力與驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算結(jié)果如表3。由以上結(jié)算結(jié)果可知，通過(guò)對(duì)BQ 帶式輸送機(jī)雙向運(yùn)行兩種工況分別計(jì)算運(yùn)行阻力與驅(qū)動(dòng)功率，并取其中計(jì)算結(jié)果值較大者作為帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)選型的依據(jù)，可知BQ 帶式輸送機(jī)由西向東運(yùn)行工況所需驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率較大，為841 kW，現(xiàn)有BQ 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)功率為兩個(gè)450 kW 電機(jī)，合計(jì)900 kW，滿足雙向運(yùn)行改造后驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的要求。改造方案中，利用既有兩個(gè)450 kW 電機(jī)，并將BQ 帶式輸送機(jī)東側(cè)現(xiàn)有2 個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒中的2#驅(qū)動(dòng)滾筒移至西側(cè)地面，使BQ 帶式輸送機(jī)東西兩側(cè)各布置1 個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒（450 kw）的方案是滿足設(shè)計(jì)要求的。

表3 運(yùn)行阻力與驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算結(jié)果（由東向西）

3.3 帶式輸送機(jī)各點(diǎn)張力

按傳動(dòng)滾筒不打滑條件分別計(jì)算膠帶最小張力：BQ 帶式輸送機(jī)向東運(yùn)行時(shí)Smin東=77 kN，BQ帶式輸送機(jī)向西運(yùn)行時(shí)Smin西=76 kN，根據(jù)逐點(diǎn)張力法，分別計(jì)算兩種運(yùn)行工況的膠帶張力。

1）BQ 帶式輸送機(jī)由西向東運(yùn)行工況

BQ 帶式輸送機(jī)由西向東運(yùn)行張力計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3。

圖3 張力計(jì)算簡(jiǎn)圖

由上圖可知，BQ 帶式輸送機(jī)由西向東運(yùn)行，東側(cè)地面電機(jī)先啟動(dòng)，西側(cè)驅(qū)動(dòng)滾筒膠帶繞出端為膠帶最小張力點(diǎn)，為避免西側(cè)地面電機(jī)啟動(dòng)時(shí)打滑，取S2東=Smin東=77 kN，根據(jù)逐點(diǎn)張力法，計(jì)算該運(yùn)行工況各點(diǎn)膠帶張力，計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表4（暫不考慮滾筒軸承阻力）。

表4 各點(diǎn)膠帶張力計(jì)算結(jié)果（由西向東）

由以上計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)拉緊力T東=172 kN×2=344 kN 時(shí)，帶式輸送機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)膠帶的最大張力位于S1位置，最大張力為252 kN；帶式輸送機(jī)滿載啟動(dòng)時(shí)膠帶的最大張力同樣位于S1位置，最大張力為362 kN。

同時(shí)對(duì)膠帶下垂度進(jìn)行校核，承載分支和回程分支最小張力分別應(yīng)大于42 kN 和12 kN，該工況膠帶最小張力77 kN，均滿足膠帶對(duì)于下垂度的要求。

結(jié)合 BQ 帶式輸送機(jī)現(xiàn)有膠帶強(qiáng)度規(guī)格ST1600，計(jì)算滿載運(yùn)行時(shí)膠帶的安全系數(shù)為7.6，滿載啟動(dòng)時(shí)膠帶的安全系數(shù)為5.3，考慮到本項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，現(xiàn)有膠帶強(qiáng)度規(guī)格滿足改造后帶式輸送機(jī)由西向東運(yùn)行工況的膠帶強(qiáng)度要求。

2）BQ 帶式輸送機(jī)由東向西運(yùn)行工況

BQ 帶式輸送機(jī)由東向西運(yùn)行張力計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4。

圖4 張力計(jì)算簡(jiǎn)圖

由上圖可知，BQ 帶式輸送機(jī)由東向西運(yùn)行，西側(cè)地面電機(jī)先啟動(dòng)，東側(cè)驅(qū)動(dòng)滾筒膠帶繞出端為膠帶最小張力點(diǎn)。為避免西側(cè)地面電機(jī)啟動(dòng)時(shí)打滑，取S2西=Smin西=76 kN，根據(jù)逐點(diǎn)張力法，計(jì)算該運(yùn)行工況各點(diǎn)膠帶張力，計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下（暫不考慮滾筒軸承阻力）：

表5 各點(diǎn)膠帶張力計(jì)算結(jié)果（由東向西）

由以上計(jì)算結(jié)果可知，該工況拉緊力T西=154 kN*2=308 kN，結(jié)合BQ 帶式輸送機(jī)由西向東運(yùn)行工況計(jì)算結(jié)果可知T東=344 kN，兩種工況所需張緊力T東=344 kN 大于T西=308 kN，為同時(shí)滿足兩種運(yùn)行工況正常作業(yè)的要求，取兩種工況大者，即T=T東=344 kN，并以此重新核算BQ 帶式輸送機(jī)由東向西運(yùn)行工況，計(jì)算結(jié)果修正后統(tǒng)計(jì)如下（暫不考慮滾筒軸承阻力）：

表6 張緊力修正后計(jì)算結(jié)果（由東向西）

該工況帶式輸送機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)膠帶的最大張力位于S1位置，最大張力為265 kN；帶式輸送機(jī)滿載啟動(dòng)時(shí)膠帶的最大張力同樣位于S1位置，最大張力為373 kN。

同時(shí)對(duì)膠帶下垂度進(jìn)行校核，承載分支和回程分支最小張力分別應(yīng)大于42 kN 和12 kN，該工況膠帶最小張力94 kN，均滿足膠帶對(duì)于下垂度的要求。

結(jié)合BQ 帶式輸送機(jī)膠帶強(qiáng)度規(guī)格ST1600，計(jì)算滿載運(yùn)行時(shí)膠帶的安全系數(shù)為7.2，滿載啟動(dòng)時(shí)膠帶的安全系數(shù)為5.1，考慮到本項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，現(xiàn)有膠帶強(qiáng)度規(guī)格ST1600 滿足改造后帶式輸送機(jī)由東向西運(yùn)行工況的強(qiáng)度要求。

綜上所述，為滿足BQ 帶式輸送機(jī)雙向運(yùn)行的要求，拉緊力T 應(yīng)大于344 kN，滿載運(yùn)行和啟動(dòng)時(shí)膠帶最大張力均出現(xiàn)在BQ 帶式輸送機(jī)由東向西運(yùn)行工況S1位置，分別為265 kN 和373 kN；而現(xiàn)有單向運(yùn)行BQ 帶式輸送機(jī)拉緊力T 為170 kN，滿載運(yùn)行和啟動(dòng)時(shí)膠帶最大張力均出現(xiàn)在BQ 帶式輸送機(jī)第一個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒膠帶逐入端，分別為285 kN 和386 kN?？梢婋p向運(yùn)行改造后配重重量大大增加，膠帶靜態(tài)張力較大，運(yùn)行和啟動(dòng)時(shí)膠帶最大張力基本維持，但最大張力出現(xiàn)位置發(fā)生改變。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于雙向運(yùn)行帶式輸送機(jī)的應(yīng)用，往往能夠在降低工程投資和不增加設(shè)備數(shù)量的情況下增加裝卸工藝流程的靈活性，達(dá)到一機(jī)多用提高設(shè)備利用率的目的。但是用于港口長(zhǎng)距離、大能力的工程案例較少，主要原因是雙向運(yùn)行帶式輸送機(jī)如果發(fā)生雙向跑偏調(diào)整十分困難，而且需要兼顧雙向運(yùn)行膠帶張力往往較大，一定程度上會(huì)影響結(jié)構(gòu)及膠帶的使用壽命，在有替代方案或非必須采用的情況下，往往不會(huì)選擇雙向運(yùn)行的方案。因此，在長(zhǎng)距離雙向運(yùn)行帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇合理的設(shè)計(jì)方案，正確的計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率以及膠帶張力大小將是保證雙向運(yùn)行帶式輸送機(jī)合理選型及正常安全運(yùn)行的關(guān)鍵。