武穴東南礦業長距離曲線膠帶機設計探討

曹彥斌

(衡陽運輸機械有限公司， 湖南 衡陽 421002)

?

武穴東南礦業長距離曲線膠帶機設計探討

曹彥斌

(衡陽運輸機械有限公司， 湖南 衡陽 421002)

針對長距離曲線膠帶機在武穴東南礦業砂石輸送系統中的應用，探討了該膠帶機的主要技術參數、整機總體布置、設計計算方法、主要部件的配置、啟制動控制等。指出了對比原汽車輸送的缺陷，該膠帶機體現出長距離膠帶機輸送散狀物料的優勢。

長距離；曲線膠帶機；設計

1 工程概況

該項目膠帶機位于湖北武穴市大法寺鎮，將砂石骨料從加工中心輸送到長江堤岸裝船，單機長度為5.776 km，是單機轉彎數量較多(8處)、運行線路較為復雜的膠帶機；輸送線路所在地地形較復雜，沿線有十幾個高坡點，膠帶機成功取代了原汽車輸送方式；膠帶機除尾部段為隧道內布置，其它均為露天布置。

該機是采用ISO國際設計方法進行設計計算，用動態分析軟件對各種工況進行精確的分析和計算，并以此結果作為整機總體布置、受力分析、結構設計、零部件選型的依據，保證了設計的可靠性和先進性 。

2 主要技術參數及總體布置

2.1 主要技術參數

主要技術參數見表1。

2.2 總體布置

由于輸送線路周邊障礙物多，地形起伏不斷，本工程長距離膠帶機具有多點拐彎(最大拐角36.4°)、傾角變化大(-10°～+12°)、高帶速(帶速4 m/s)、大運量(1800 t/h)的技術特點，且對運行可靠性的要求很高，膠帶機布置簡圖見圖1(膠帶機從A點運行到B點，沿途共設8段曲線，曲線圓心分別為O1-8)。

圖1 膠帶機布置

長距離膠帶機運行阻力大，為有效地減小膠帶機沿線各點的膠帶張力，降低工程投資，保證設備運行可靠，應采用多點驅動型式驅動。該膠帶機采用“頭部雙驅動+尾部單驅動(帶制動)”方式驅動，驅動裝置布置型式見簡圖2。

表1 主要技術參數

圖2 膠帶機驅動裝置布置

3 設計計算方法

3.1 初步設計計算

初步設計時采用ISO5048國際標準進行計算，包括各種運行阻力，驅動功率和沿線各點張力的計算，并以此計算結果為依據進行總體方案布置和部件選型。

3.2 動態分析計算

再將輸送帶當作粘彈性體進行動態分析設計計算。動態分析就是將輸送帶按粘彈性體的力學性質，綜合計入驅動裝置的啟制動特性、各運動體的質量分布、線路各區段的坡度變化、各種運行阻力、輸送帶的初始張力等因素的作用，建立輸送帶粘彈性力學模型進行計算，并驗證了原計算參數和整機布置的合理性和可靠性。

4 膠帶機部件配置

4.1 驅動裝置

驅動系統是長距離膠帶機設計的關鍵環節，保證膠帶機的啟制動過程平穩、可控，減小動態應力。該膠帶機采用具有可控啟制動功能的液粘性軟啟動裝置，控制膠帶機按理想的啟制動曲線(圖3)啟動和制動。其主要優點：可減少啟動時的加速度，減小輸送帶及承載部件的動態載荷；啟動過程可通過控制器設置所需要的加速度曲線和起動時間；具有設定啟制動速度曲線自動跟蹤功能、過載保護功能、多機平衡功能，能夠提供理想的可控啟制動性能；具有傳動效率高、調速范圍寬等特點。

圖3 S型啟動曲線

4.2 滾筒

長距離膠帶機的滾筒承受的荷載較大，傳動滾筒滿足許用扭矩、許用合力要求，直徑選用同時滿足膠帶工作張力限制。改向滾筒選用滿足許用合力及包角條件下選用其型號。本機傳動滾筒直徑取φ1000 mm，所有傳動滾筒均采用重型鑄焊結構，輪轂與輪軸之間采用漲套聯接；改向滾筒根據負載情況，采用鑄焊結構和全焊結構，焊后整體退火；滾筒周向和縱向焊縫無損傷，輪轂的鑄造質量經磁粉或超聲波檢驗；滾筒表面膠層的形成方式為干式硫化鑄膠(傳動滾筒為陶瓷包膠)，膠面的物理機械性能均符合GB10595中的規定。

4.3 托輥

根據托輥靜、動載荷及壽命計算，托輥直徑選用φ159 mm；由于該系統膠帶機的張力大，膠帶自動糾偏能力強，上托輥設品字形槽形前傾托輥，下托輥設V形托輥，頭部和尾部分別布置5組螺旋清掃托輥。

對于該膠帶機，其主要阻力由托輥旋轉阻力和輸送帶運行阻力組成，計算表明，兩項占60%以上，因此提高托輥輥子的質量尤為重要。托輥采用高性能的大滾珠、大游隙系列托輥專用軸承及高精度的密封圈，密封結構為非接觸式迷宮密封結構，密封通道內注入高質量的潤滑脂；輥皮采用托輥專用焊縫焊管，其園度等級和壁差均符合嚴格的ISO國際標準，在高速旋轉時產生的偏差非常低；輥輥體兩端與軸承座在專用焊機采用CO2氣體保護焊，這有效地保證了托輥的防水、防塵性能，降低了托輥旋轉阻力。

4.4 拉緊裝置

由于通廊具有較高的廊道立柱，膠帶機可采用垂直重錘拉緊方式，此種拉緊裝置的動態響應快且維護簡單，適用于長距離膠帶機。

4.5 清掃裝置

由于輸送的物料粘附性較強，含有一定的水份及粘土，故必須設置性能較好的清掃裝置。

本膠帶機是條長距離，大功率膠帶機，為保證設備正常運轉，延長膠帶的使用壽命，必須對膠帶加強維護，因此對本膠帶機設計了二級高分子刀片清掃器、空段清掃器、刮板清掃裝置等。

4.6 機架

所有鋼結構的制作鋼材均進行預處理，達到Sa2-1/2級；為便于機架轉運，所有大型機架均為可拆分結構，主機架采用有限元分析；通廊采用“一體化”結構，即中間架、支腿、托輥橫梁與絎架成一體構造，即減少通廊空間尺寸又節約用材，且提高了架體的抗振動能力。

4.7 膠帶

膠帶為鋼芯帶，鋼絲繩芯膠帶具有良好的承載性能和成槽性能，膠帶覆蓋層采用良好的防切割性、耐磨材料，膠帶表面無缺陷；膠帶的鋼芯采用有防銹鍍層的鋼絲繩，鋼絲繩為強度高、柔軟性好的產品，經預張拉處理；膠帶的供貨長度為400 m/卷，使接頭數量最少并易于現場安裝。

4.8 平面轉彎部分

由于受自然地理位置限制，該膠帶機全程需設8個轉彎點，見膠帶機布置簡。平面轉彎膠帶機在曲線段受到輸送帶張力的作用下產生一個向心合力，使輸送帶產生向曲線內側滑移的趨勢[1]。平面轉彎膠帶機的轉彎結構設計的關鍵是產生向曲線外側的導向力。平面轉彎膠帶機所采取的措施：內曲線抬高、加大槽角、托輥設置前傾、曲線內側面設置擋輥、設置壓帶裝置等[2]。

膠帶膠帶機共設有8處轉彎段，故需對每處轉彎曲線進行膠帶受力平衡、膠帶最大許用應力、外側膠帶不脫離托輥來校核轉彎曲率半徑[3]。考慮整機制造上的一致性最終膠帶機轉彎承載段托輥采用深槽角60°四輥結構，回程段采用10°V形結構，內曲線均采用可抬高調節(圖4)，每處轉彎曲線的起始段均設有過渡曲線，在過渡曲線段和凹弧轉彎段均設有壓帶輥(圖5)。

圖4 轉彎托輥結構

圖5 壓帶輥結構

4.9 保護裝置

為實現膠帶膠帶機全程監控和集中控制性能，膠帶機兩側每隔50m設一對智能性拉繩開關，在頭部落料點、尾部接料點各設一對智能性跑偏開頭，并每隔400m設一對智能性跑偏開頭，尾部接料點前一組托輥處設A型、B型膠帶縱向防撕裂裝置各1套，接近頭部處設一組打滑檢測裝置，拉緊裝置處設二組行程限位開關。

5 膠帶機的啟動控制

正常情況下膠帶機停機前應將其上的物料卸空，以便下次可空載啟動。但是非正常停機時其上會有物料，再次啟動即可能為滿載啟動，因此啟動過程參數的確定以滿載啟動為準。

本機共設三套相同的驅動單元，頭部二套，尾部一套，每套驅動單元包括YKK500-4(560 kW)電動機，YNRQD450可控傳動裝置，電液控制組件，冷卻系統等。啟動過程為： ①在YNRQD450離合器脫開狀態，空載間隔啟動3臺電動機，時間間隔約10 s左右; ②啟動頭部二臺離合器，開始加速膠帶機，采用了S型曲線啟動(如圖3所示)，加速段時間約為20 s，使帶速達到額定值的10%，延遲段時間約10 s，在10%額定帶速下運行，然后開始加速，時間約為150 s，使之達到額定帶速，啟動過程大約180 s。

尾部YNRQD450離合器待該處張力達到一定值時方投入驅動狀況，以防止開始時低張力狀態下打滑，為此在該處設置了一個膠帶張力傳感器來進行監視。

為了檢修膠帶機方便，膠帶機設置了驗帶速度V=0.6m/s，驗帶必須在空載下運行，只啟動頭部一套驅動裝置，啟動時間不小于30 s。

6 膠帶機的制動停機控制

停機有正常停機和緊急事故(或系統突然失電)停機兩種情況，由于停機過程的動態效應甚至大于啟動過程，因此應特別引起注意。本設計在尾部改向滾筒上設一組液壓盤式制動器用以協助完成停機過程的控制。

6.1 正常停機

正常停機前，首先停止尾部受料點給料。然后采用YNRQD450逐漸減速，減速大約持續150 s，待帶速降至額定帶速5%以下，尾部制動器上閘并最終實現停機。

6.2 緊急事故停機

安全保護裝置中的拉繩、撕裂、煙霧等一次傳感元件動作并發出信號時，視為緊急停機，此外系統突然失電也作為緊急停機工況處理。此時驅動電機斷電，YNRQD450離合器脫開，兩秒鐘后尾部制動器上閘制動停機，緊急停機時間約15 s。

7 結語

該項目原采用50臺自卸式汽車輸送砂石骨料到江邊碼頭，對沿途道路造成了嚴重的破壞并造成江邊公路交通堵塞，對周邊環境也造成較大的污染；采用長距離膠帶機輸送很好地解決了上述問題，也大大降低了砂石骨料的輸送成本(該項目原汽車輸送物料到江邊碼頭的運輸費用達7元/t，現采用長距離膠帶機運輸費用不足3元/t)。長距離膠帶機作為散裝物料輸送設備，其低廉的運輸成本和良好的經濟效益在該項目得到了充分驗證，是一種很好的節能降耗、綠色環保輸送設備。

[1]宋偉剛. 散狀物料膠帶機設計[M].沈陽：東北大學出版社，2002：276～280.

[2]孫可文.膠帶機械的傳動理論與設計計算[M].北京：煤炭工業出版社，1991：14～217.

[3]孫可文.膠帶機械的傳動理論與設計計算[M].北京：煤炭工業出版社，1991：217～229.

2016-07-26

曹彥斌(1973—)，男，高級工程師，主要從事膠帶機特別是長距離、大運量膠帶機的設計開發工作。

TH13

A

1674-9944(2016)18-0183-02