王增暉 劉春暉 張 強(qiáng)

北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100007

0 引言

長(zhǎng)距離平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)是一種節(jié)能、低碳、高效的輸送機(jī)械，在當(dāng)今煤炭行業(yè)發(fā)揮著重要作用，同時(shí)也廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、水泥、化工等行業(yè)。長(zhǎng)距離平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)減少了普通帶式輸送機(jī)帶來(lái)的多次中間轉(zhuǎn)載環(huán)節(jié)，降低了投資和能耗，同時(shí)與管帶機(jī)相比，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效率高，此外長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、大帶速的發(fā)展方向使平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)在散料輸送行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文以國(guó)內(nèi)某長(zhǎng)距離輸煤廊道項(xiàng)目出發(fā)，簡(jiǎn)單闡述設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)以及項(xiàng)目的調(diào)試和運(yùn)行情況。

1 設(shè)計(jì)條件

項(xiàng)目地處北半球中緯度地區(qū)，屬典型的溫帶大陸性干旱氣候，年平均降水量為240 mm，受溫帶天氣系統(tǒng)和北冰洋冷空氣的影響，其特點(diǎn)為氣候干燥、蒸發(fā)量大，降水稀少，冬季寒冷，最低氣溫則達(dá)到-45 ℃，夏季炎熱，最高氣溫達(dá)到50 ℃，晴天多日照長(zhǎng)，晝夜溫差大，氣候變化劇烈，尤其春、夏多風(fēng)，升溫快不穩(wěn)定。

輸送機(jī)帶寬為1 000 mm，帶速為4 m/s，轉(zhuǎn)彎半徑為2 500 m，水平展開(kāi)長(zhǎng)度為5 424 m，提升高度為35.5 m，最大傾角為7°。物料為煤，其堆密度為0.9～1 t/m3，粒度為0～50 mm，安息角為35°～ 45°，分析水含量為9.63%

2 設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 驅(qū)動(dòng)布置

本帶式輸送機(jī)采取頭尾3驅(qū)動(dòng)的布置形式，功率平均分配。為實(shí)現(xiàn)3套驅(qū)動(dòng)在啟動(dòng)過(guò)程中合理配置，本方案采用扭矩同步，變頻啟動(dòng)的控制方式。圖1為帶式輸送機(jī)布置簡(jiǎn)圖，其中頭部設(shè)置1組驅(qū)動(dòng)，中部（靠近頭部）設(shè)置1組驅(qū)動(dòng)，尾部設(shè)置1組驅(qū)動(dòng)。

圖1 帶式輸送機(jī)布置簡(jiǎn)圖

2.2 拉緊裝置

為降低拉緊力、減少配重，拉緊裝置一般布置在輸送帶張力最小的部位。本帶式輸送機(jī)的拉緊裝置設(shè)置在中部驅(qū)動(dòng)滾筒2之后，此處輸送帶張力最小，故能保證較小的拉緊力。

由于空間限制，拉緊裝置采用拉緊小車(chē)和塔架重錘拉緊的組合形式，如圖2所示。鋼絲繩通過(guò)滑輪組1、滑輪組2將重錘箱引至帶式輸送機(jī)側(cè)面，有效解決了布置空間對(duì)拉緊行程的限制問(wèn)題。同時(shí)采用張緊絞車(chē)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行拉緊，有利于在調(diào)試和運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)對(duì)張緊距離進(jìn)行調(diào)整，以免重錘箱在啟動(dòng)的過(guò)程中沖擊塔架或地面，造成設(shè)備損壞或事故。

圖2 拉緊裝置布置圖

2.3 翻帶裝置

輸送帶表面清掃不干凈會(huì)引起托輥表面粘料，導(dǎo)致托輥運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)跳動(dòng)，進(jìn)而致使輸送帶跑偏，降低托輥和輸送帶使用壽命，同時(shí)嚴(yán)重影響帶式輸送機(jī)的運(yùn)行安全。尤其對(duì)于長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)而言，為避免上述情況發(fā)生，翻帶裝置起著重要作用，是輸送機(jī)重要的組成部分。

翻帶裝置在頭、尾部均采用水平布置。如圖3所示，設(shè)計(jì)中翻帶裝置采用夾輥式引導(dǎo)翻轉(zhuǎn)形式，此種結(jié)構(gòu)能有效縮短翻帶距離，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用最為廣泛。根據(jù)德國(guó)DIN22101標(biāo)準(zhǔn)[1]，對(duì)鋼絲繩輸送帶，夾輥式引導(dǎo)翻轉(zhuǎn)形式翻轉(zhuǎn)距離一般采用22 B。此外日本等國(guó)家相關(guān)專(zhuān)家在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鋼絲繩芯輸送帶采用20 B～25 B的經(jīng)驗(yàn)值[2]。

圖3 夾輥式引導(dǎo)形式翻帶裝置示意圖

為保證輸送帶順利翻帶，同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目中輸送帶的自身特性，設(shè)計(jì)中采用25 B的經(jīng)驗(yàn)值，即翻帶距離為25 m。

2.4 轉(zhuǎn)彎半徑確定

合理確定轉(zhuǎn)彎半徑是平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。為使輸送帶在轉(zhuǎn)彎處實(shí)現(xiàn)自由導(dǎo)向彎曲并穩(wěn)定運(yùn)行，轉(zhuǎn)彎段輸送帶必須滿(mǎn)足3個(gè)條件，1）輸送帶受力的平衡條件；2）輸送帶的應(yīng)力應(yīng)變限制條件；3）轉(zhuǎn)彎段輸送帶外側(cè)不離開(kāi)支撐托輥。一般情況下在滿(mǎn)足力的平衡條件確定轉(zhuǎn)彎半徑后，輸送帶額定需許用應(yīng)力應(yīng)變條件及在外側(cè)托輥不飄帶2個(gè)限制條件也能滿(mǎn)足，故計(jì)算時(shí)只計(jì)算力的平衡條件所確定的轉(zhuǎn)彎半徑即可[3]。

平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)彎段輸送帶力學(xué)分析如圖4所示[4]。由于轉(zhuǎn)彎段輸送帶曲線(xiàn)布置，使輸送帶彎曲的兩端張力S、S+ΔS不能在一條直線(xiàn)上，于是產(chǎn)生一個(gè)向心合力ΔFT。在向心合力作用下，輸送帶會(huì)向曲率中心一側(cè)偏移。為了避免輸送帶向轉(zhuǎn)彎中心一側(cè)跑偏，通常抬高輸送帶內(nèi)側(cè)形成內(nèi)曲線(xiàn)抬高角δ，以便由物料、輸送帶重力產(chǎn)生向外的推力ΔFG；設(shè)置托輥安裝支撐角ε產(chǎn)生輸送帶和托輥間的離心摩擦力ΔFR。輸送帶上還有由于轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生的離心慣性力ΔQ、托輥的支持力ΔN及與運(yùn)行方向相反的阻力ΔFW。

圖4 轉(zhuǎn)彎段輸送帶受力模型

因此，輸送帶轉(zhuǎn)彎運(yùn)行時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足式（1），其中力的正方向?yàn)殡x心方向，即

在托輥、安裝支撐角、內(nèi)曲線(xiàn)抬高角等各項(xiàng)參數(shù)都選定的情況下計(jì)算得出帶式輸送機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑為1 983 m，為保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，根據(jù)帶式輸送機(jī)路由等環(huán)境條件，實(shí)際設(shè)計(jì)中選取轉(zhuǎn)彎半徑為2 500 m。

2.5 轉(zhuǎn)彎段托輥布置

托輥傾斜安裝、抬高托輥內(nèi)曲線(xiàn)、加大托輥槽角或采用深槽托輥、增設(shè)立輥等是減小帶式輸送機(jī)平面轉(zhuǎn)彎曲率半徑的有效降措施[3-5]。因此，本項(xiàng)目中平面轉(zhuǎn)彎段上托輥設(shè)計(jì)為抬高角可調(diào)的45°槽形托輥，下托輥則設(shè)計(jì)為抬高角可調(diào)的35°槽形托輥，并在兩側(cè)安裝有立輥，抬高角調(diào)整范圍均為0°～5°。

對(duì)于上托輥，從頭部滾筒到尾部滾筒方向，在平面轉(zhuǎn)彎段之間的第1、2組托輥和倒數(shù)1、2組托輥抬高角為1°，安裝支撐角為0°，第3、4組托輥和倒數(shù)第3、4組托輥抬高角為2°，安裝支撐角為0°，其余托輥組抬高角為3°，安裝支撐角為0.5°。

對(duì)于下托輥，從頭部滾筒到尾部滾筒方向，進(jìn)入轉(zhuǎn)彎段之前依次布置1組10°過(guò)渡托輥組，1組20°過(guò)渡托輥組，然后布置5組抬高角可調(diào)的35°槽形托輥，抬高角依次為0°、1°、1°、2°、2°，安裝支撐角為0°；轉(zhuǎn)彎段下托輥抬高角為3°，安裝支撐角為0.5°；出轉(zhuǎn)彎段之后依次布置5組抬高角可調(diào)的35°槽形托輥，抬高角依次2°、2°、1°、1°、0°，安裝角為0°，之后布置1組20°過(guò)渡托輥，1組10°過(guò)渡托輥。轉(zhuǎn)彎段托輥安裝見(jiàn)圖5。

圖5 轉(zhuǎn)彎段托輥安裝圖

2.6 配套除塵裝置

本項(xiàng)目帶式輸送機(jī)跨距約5.5 km，遠(yuǎn)離廠區(qū)，對(duì)于頭部卸料點(diǎn)、尾部落料點(diǎn)的粉塵收集摒棄了傳統(tǒng)的布袋除塵方式，采用了更節(jié)能環(huán)保的微動(dòng)力自降塵裝置——全密封滑板式自降塵導(dǎo)料槽裝置，如圖6所示，此裝置可有效抑制粉塵外溢。

圖6 全封閉滑板式自降塵裝置布置示意圖

全封閉滑板式導(dǎo)料槽采用自潤(rùn)滑超高分子滑板代替兩側(cè)輥?zhàn)樱瑢?shí)現(xiàn)了側(cè)滑板對(duì)皮帶的連續(xù)支撐。避免輸送帶凸凹不平而產(chǎn)生的漏粉、灑煤通道，起到了一定的密封作用。

為了阻止誘導(dǎo)風(fēng)量從導(dǎo)料槽出口溢出，在全封閉滑板式導(dǎo)料槽出口方向增設(shè)可升降擋塵簾，擋塵簾采用耐磨、阻燃、抗老化聚氨酯合成膠料制成，保證在寒冷的環(huán)境中，不變硬、不開(kāi)裂，使用壽命長(zhǎng)；可升降式擋塵簾可根據(jù)輸送帶上物料的高度進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)塵降料走的功能。

此外，加裝回流裝置，能有效使平衡落料管里的誘導(dǎo)風(fēng)量，并且誘導(dǎo)粉塵顆粒在渦流的作用下相互碰撞，動(dòng)能轉(zhuǎn)換為勢(shì)能落到輸送帶上進(jìn)而減少粉塵外溢。在導(dǎo)料槽出口位置加裝自動(dòng)反沖洗式霧化裝置，可有效抑制干燥煤粉產(chǎn)生二次揚(yáng)塵。

2.7 防火裝置

本工程帶式輸送機(jī)為越野輸煤輸送機(jī)，夏季環(huán)境溫度較高，如果在輸送過(guò)程中出現(xiàn)煤粉自燃現(xiàn)象將引起重大事故。為防止此種現(xiàn)象發(fā)生，在本帶式輸送機(jī)沿途設(shè)置感溫光纖，隨時(shí)檢測(cè)物料溫度，如果溫度超過(guò)限值則報(bào)警并提示出現(xiàn)異常位置，以便盡快排除故障和危險(xiǎn)。

在靠近頭部位置設(shè)置明火煤檢測(cè)裝置，它包括紅外測(cè)溫儀、噴淋裝置和控制單元等。紅外測(cè)溫儀測(cè)量帶式輸送機(jī)上煤炭的實(shí)時(shí)溫度，并將數(shù)據(jù)傳送至控制單元，如煤炭溫度發(fā)生異常，由控制單元發(fā)出指令將帶式輸送機(jī)帶速降低，并啟動(dòng)噴淋裝置噴水，以達(dá)到撲滅明火或降低煤炭溫度的目的。明火煤檢測(cè)系統(tǒng)安裝示意見(jiàn)圖7。

圖7 明火煤檢測(cè)系統(tǒng)安裝示意圖

3 調(diào)試運(yùn)行

3.1 調(diào)試運(yùn)行情況

項(xiàng)目周期緊張，現(xiàn)場(chǎng)施工克服了交叉作業(yè)、跨越國(guó)道、大桁架吊裝難度高等困難，如期完成了整個(gè)系統(tǒng)帶式輸送機(jī)及配套設(shè)備的安裝并一次性完成試運(yùn)行工作。從試運(yùn)行到目前為止，長(zhǎng)距離輸煤系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中性能穩(wěn)定，通過(guò)合理優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到了項(xiàng)目既定的運(yùn)行高效、投資節(jié)省、低碳環(huán)保等目標(biāo)。

3.2 問(wèn)題及解決情況

1）拉緊裝置穩(wěn)定性 調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了重錘箱晃動(dòng)和接近地面的情況，這是因?yàn)閱?dòng)時(shí)張緊力變化幅度較大引起重錘箱出現(xiàn)晃動(dòng)，后對(duì)重錘箱的導(dǎo)軌進(jìn)行加固，同時(shí)調(diào)整張緊絞車(chē)收緊鋼絲繩長(zhǎng)度，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整配重質(zhì)量最終實(shí)現(xiàn)了拉緊裝置的穩(wěn)定運(yùn)行

2）跑偏 當(dāng)輸送帶進(jìn)入轉(zhuǎn)彎段時(shí)出現(xiàn)了輕微的跑偏現(xiàn)象。研究后發(fā)現(xiàn)主要原因?yàn)閮?nèi)曲線(xiàn)抬高角不合適。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的抬高角在0°～5°范圍內(nèi)可調(diào)，調(diào)整幅度為1°。安裝過(guò)程中沒(méi)有按照技術(shù)要求嚴(yán)格執(zhí)行，出現(xiàn)了部分托輥抬高角偏大（設(shè)置為5°）的情況，導(dǎo)致輸送帶向外側(cè)跑偏，后調(diào)整抬高角為3°及時(shí)消除了輸送帶跑偏現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)距離平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)具有單位長(zhǎng)度投資小、主要零部件與普通帶式輸送機(jī)可互換、同帶寬帶速比圓管帶式輸送機(jī)運(yùn)量大的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在如新疆等幅員遼闊的地區(qū)，長(zhǎng)距離平面轉(zhuǎn)彎越野帶式輸送機(jī)是用戶(hù)和設(shè)計(jì)者的首選方案，也在散料輸送行業(yè)發(fā)揮著越來(lái)越明顯的優(yōu)勢(shì)，給用戶(hù)帶來(lái)越來(lái)越豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。