長距離帶式輸送機系統(tǒng)工藝設(shè)計優(yōu)化

高廣恒 郭增彩 于 野

中交機電工程局有限公司

1 引言

帶式輸送機系統(tǒng)的成本優(yōu)化是個綜合問題，其費用主要包括初期投資和運行費用兩部分。在如何節(jié)約初期投資上已經(jīng)有了大量研究，這些研究主要集中在節(jié)約初期投資上，并未對如何節(jié)約運行費用進行細致的研究。

輸送帶的運行張力通過影響輸送機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計影響初期投資，其又作為損耗件影響運行費用；而驅(qū)動裝置的功率決定了運行費用中的電能費用。因此本文以輸送帶運行張力和驅(qū)動裝置裝機功率為主要研究對象，探索成本優(yōu)化方法。

2 設(shè)計方案研究

2.1 總體工藝布置

渤海新區(qū)內(nèi)的企業(yè)主要沿疏港公路兩側(cè)分布，疏港公路總體呈東北西南走向，且路由較為順直，為解決汽車運輸帶來的交通擁堵、事故頻發(fā)、尾氣污染等問題，擬建設(shè)帶式輸送機管廊工程，將黃驊港散貨港區(qū)的礦粉、球團礦、塊礦、煤等原燃料輸送至附近鋼鐵企業(yè)。系統(tǒng)采用直線帶式輸送機加轉(zhuǎn)接機房的工藝方案，根據(jù)用戶接駁位置和遠期規(guī)劃設(shè)置轉(zhuǎn)接機房。

2.2 輸送機側(cè)型布置

本工程線路采用由3條帶式輸送機和2個轉(zhuǎn)接機房構(gòu)工藝方案。輸送機側(cè)型布置時，應(yīng)綜合考慮如下因素。

(1)滿足國家對公路、鐵路、河流、房屋建筑等的限界規(guī)定要求。

(2)考慮沿線地形條件，避開地質(zhì)條件惡劣地段，減少對耕地、當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、居民區(qū)、噪聲和振動敏感區(qū)的影響。

(3)考慮工程施工、日常維護的難易程度。

(4)考慮降低工程造價和使用成本的需要。

(5)考慮系統(tǒng)的節(jié)能化、綠色化和可拓展化。

綜合上述因素，本工程采用全封閉廊道結(jié)構(gòu)，降低對工程沿線的噪聲、粉塵和城市景觀的影響，在與公路、鐵路等障礙物交叉時采用“先上后下，中間水平”的布置方式。

3 驅(qū)動裝置與張緊力的設(shè)計優(yōu)化

3.1 長距離帶式輸送機系統(tǒng)對驅(qū)動裝置的要求

驅(qū)動裝置除須滿足帶式輸送機空載啟動、正常運行、滿載啟動、正常停車、緊急制動等工況下的使用要求之外，對于長距離帶式輸送機系統(tǒng)還應(yīng)通過合理選型，實現(xiàn)總裝機功率最小以節(jié)約設(shè)備投資和運行費用，膠帶最大張力最小以降低膠帶強度節(jié)約膠帶投資，并且具有良好的可控性以便于保證設(shè)備的正常運行。

驅(qū)動裝置的設(shè)計包括：驅(qū)動裝置的選型、滾筒的類型及數(shù)量、電機的類型及數(shù)量、制動器和逆止器選型等。

3.2 驅(qū)動裝置的類型選擇

與短距離、低帶速帶式輸送機相比，長距離、高帶速帶式輸送機的輸送帶粘彈性特征對輸送機起動、運行和制動的影響程度明顯加深，具體表現(xiàn)為橫向振動、縱向振動以及動態(tài)張力波在膠帶中的傳播和疊加，造成輸送系統(tǒng)的不穩(wěn)定。根據(jù)輸送帶內(nèi)張力波的產(chǎn)生和傳播機理，通過控制起動時間[1]、設(shè)計合理的驅(qū)動起動曲線[2]可以較好地限制輸送帶粘彈性對輸送機系統(tǒng)的影響范圍。現(xiàn)有的帶式輸送機的驅(qū)動裝置可以分為變頻調(diào)速、液力耦合器傳動、直流電動機調(diào)速、液體粘性離合器傳動、液壓馬達驅(qū)動、交流電動機軟起動和差動變頻無極調(diào)速7類，經(jīng)比較，本工程采用變頻調(diào)速驅(qū)動裝置。

3.3 驅(qū)動裝置的功率分配

驅(qū)動裝置和輸送帶作為帶式輸送機的重要部件，直接影響整機造價和使用成本，因此以本工程中總軸功率最大、長度最長的B03為研究對象，其總軸功率為3 125 kW，尋求最佳的驅(qū)動裝置裝機功率和輸送帶規(guī)格及張緊配重組合。

以下計算基于逐點張力法，拉緊裝置位于輸送帶張力最小處，拉緊力按2倍的輸送帶張力計算。裝機功率根據(jù)某國際品牌690 V 4極變頻電機系列選擇。依據(jù)驅(qū)動滾筒數(shù)量、功率分配、膠帶張緊力的不同，設(shè)置了13種配置方案進行對比，參數(shù)比較結(jié)果見表1。

表1 帶式輸送機驅(qū)動參數(shù)對比

依據(jù)計算所得參數(shù)，獲得輸送帶特征張力、裝機功率與功率分配關(guān)系的曲線(見圖1)。從圖中可以看出，由于受電機功率序列的影響，總裝機功率呈現(xiàn)小幅度波浪式浮動；增加單機驅(qū)動滾筒數(shù)量可以顯著降低輸送帶最大張力和拉緊力；采用4個驅(qū)動滾筒布置時，隨著尾部驅(qū)動滾筒功率占比總裝機功率的比值不斷增大，輸送帶最大張力和拉緊力均呈先下降后上升的趨勢；且當(dāng)尾部滾筒功率占比大于1∶1∶1∶0.4后輸送帶最大張力基本保持不變，但拉緊力呈現(xiàn)線性上升趨勢。

圖1 輸送帶特征張力&裝機功率與功率分配關(guān)系曲線

綜合考慮總裝機功率、輸送帶最大張力(輸送帶強度等級)和拉緊力，最終選擇“功率占比”為0.6(即方案12)作為本工程最終驅(qū)動裝置功率分配方案。按照年運行4 000 h，電價1元/(kWh)計算，與常規(guī)等功率設(shè)計相比，本工程所采用的驅(qū)動方案初步估算節(jié)約電能成本64萬元，僅張緊重錘一項就可節(jié)約25.8 t鋼材，且未考慮因為輸送帶張緊力降低帶來的頭部支架、尾部支架和轉(zhuǎn)接機房結(jié)構(gòu)等鋼材量消耗的減少，采用本驅(qū)動方案獲得的經(jīng)濟效益明顯。

4 結(jié)語

本文以黃驊港帶式輸送機管廊工程為研究對象，詳細介紹了帶式輸送機系統(tǒng)的總體工藝布置、輸送機側(cè)型布置、驅(qū)動裝置的設(shè)計方法，以帶式輸送機的理論計算為根本，重點對設(shè)備投資及使用成本占比較大的輸送帶、驅(qū)動裝置進行了選優(yōu)分析，達到了節(jié)約運行費用的優(yōu)化效果，可為類似工程提供參考。