港口散料碼頭帶式輸送機系統的實踐

李少良 李建紅 劉衛斌 鄧志勇

1 湖南省港務集團 岳陽 414002 2 衡陽運輸機械有限公司 衡陽 421002

散料碼頭帶式輸送機系統是某碼頭環保提質改造工程的主要組成部分，散料碼頭改造2 個5 000 噸級散貨進口泊位，設計吞吐量及通過能力為600 萬t/a 鐵礦石，工程共包含13 條帶式輸送機（一期10 條）、3 臺卸船機、3 臺堆取料機、2 臺連續裝車機（一期1 臺）及相關配套的三通料斗和輸送機控制系統。2018年開始建設，2020 年建成投入使用。本文通過對該帶式輸送機系統的工藝布置、設計中的主要問題進行介紹與分析。

1 卸船、堆取料及裝車工藝

圖1 為散料碼頭的設計效果圖，圖2 為卸船、堆取料及裝車工藝流程。散料碼頭卸船配置3 臺單機額定效率為800 t/h 輕型橋式抓斗卸船機，平臺后設碼頭前沿雙線2 000 t/h 帶式輸送機(J1C1/J2C1)，分別將2 個泊位卸料向堆場或列車輸送物料。單條帶式輸送機可同時從2 臺卸船機受料，設計輸送量為2 000 t/h；當只有1臺卸船機給供料時，受料帶式輸送機輸送效率切換為1 000 t/h。

圖1 散料碼頭設計效果圖

碼頭前沿帶式輸送機、再通過T1/T2 轉運站、J1C2/J2C2、D1C1 ～D3C1 帶式輸送機將物料送至后方全封閉散料堆場，鐵礦石靜態儲量34.1 萬t，堆場內部配置3 臺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(SR01 ～SR03)進行裝卸作業，堆場內的3 條帶式輸送機，其中2 條用于堆料，1 條用于取料，可根據堆取料位置進行切換。堆場取料后通過3 000 t/h 帶式輸送機分別經過T3/T4 轉運站和C1C1/C2C1、T1C1、T2C1 帶式輸送機系統連接至列車裝車區，列車裝車區配合（一期）1 臺TL3 000 t/h-14 m 鐵路軌道移動式裝車機(TL01)進行裝車作業，裝車機可覆蓋3 股裝車線(近軌道側裝車線工位兼顧檢修工位)，裝車線可一次對55 節車廂進行裝車作業。在鐵路股道另一側預留一線1 臺TL3 000 t/h-14 m(TL02)軌道移動式鐵路裝車機作業線(T2C1)，以備后期設備檢修工況時使用。

圖2 裝卸工藝流程圖

2 帶式輸送機系統的設計

2.1 系統的特點及其要求

由于該料場系統主要是向省內的鋼鐵廠供應礦石，礦石來自于不同的礦石供應商，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，為了適應卸船和裝車工藝需要在多個轉載站處分流與匯流。

由于料場封閉，為了節省占地和建設成本，各條帶式輸送機的布置需要盡量緊湊。同時也限制了堆料輸送機卸料車的高度。

2.2 帶式輸送機系統的設計

根據工藝要求，系統（一期）共10 臺帶式輸送機的主要參數如表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和堆取料機匹配，J1C2/J2C2、D1C1/D2C1/D3C1、T1C1 帶式輸送機的輸送量為3 000 t/h，其他輸送機輸送量為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）驅動功率和帶強的確定

設計采用GB/T 36698—2018 《帶式輸送機設計計算方法》[2]進行功率張力計算，D1C1/D2C1/D3C1 帶式輸送機的功率由初步設計的500 kW 降低為450 kW。選用限矩型液力耦合器驅動。

3）拉緊裝置的選擇

拉緊裝置有螺旋拉緊、重錘拉緊、液壓缸和絞車等拉緊方式[2]。考慮到系統的各個帶式輸送機的長度屬短距離和中等長度輸送機，且布置空間受到一定限制，對布置空間可以滿足設置重錘拉緊要求的采用重錘拉緊，而其他輸送機選用液壓拉緊。由于空間的限制，D2C1輸送機將拉緊裝置布置在驅動裝置的緊邊，驅動裝置采用限矩型耦合器，耦合器的啟動時間在15s 以內。而由于該輸送機為堆料、裝車線輸送機，輸送帶需要繞經多個滾筒，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，但張力波經過滾筒時會出現波的折射、反射現象，從實際應用情況看，驅動裝置啟動后，應力波傳遞到頭部大約需要10 s，在重載啟動開始階段會出現少許的傳動滾筒打滑現象，但不影響輸送機的正常啟動與運行。

表1 帶式輸送機的主要配置

4）采用DEM 仿真方法驗證轉載系統設計的合理性

在項目進行中，對所有轉載站采用DEM 分析軟件進行了計算機仿真，這里僅給出T3 轉載站的仿真結果。為觀察物料的狀態，對所建立的DEM 仿真模型(見圖3)在圖中4 個位置提取物料速度。

圖3 T3 轉載站物料速度測量區域

由于T3 轉載站從開始仿真到得到穩定狀態需要將近10 s 的時間，因而在討論中所分析的結果都是仿真開始后的10 ～15 s 之間的數據。T3 轉載站各個區域物料速度隨時間的變化圖如圖4 ～圖7 所示，圖4 和圖5 分別為圖2 中1 號和4 號位置的物料速度，物料速度指給料帶式輸送機和受料帶式輸送機的速度為3.15 m/s。圖6 為給料輸送機卸料到轉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上的物料速度大小和方向。一般來說，物料在受料輸送機運行方向的速度應接近于受料帶式輸送機的速度，然而，本系統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、粘性物料的粘結，在轉載站漏斗上設置了振打器。為降低轉載站襯板的磨損和大塊物料的沖擊，轉載站還設計了圖8 所示防止襯板磨損結構(俗稱料打料)。

按照文獻[4]的評價方法給出了顆粒流對受料輸送帶的最大沖擊力和沖擊系數(見表2)，較好地反映了顆粒流的沖擊效果，可見整個轉載站對受料帶式輸送機的沖擊較小。對受料帶式輸送機上受料情況進行了分析，輸送帶的可能最大偏移滿足GB/T 10595—2017《帶式輸送機》4.2.2 的要求。

表2 T3 轉載站受料輸送帶10 ～15 s 的沖擊力和沖擊系數

圖4 T3 轉載站1 號測試區域物料速度

圖5 T3 轉載站4 號測試區域物料速度

圖6 T3 轉載站2 號測試區域物料速度

圖7 T3 轉載站3 號測試區域物料速度

圖8 料打料溜槽的制造

3 帶式輸送機的制造、安裝與應用效果

整個項目按合同90 天完成交貨，圖9 為封閉料場中設備的安裝，目前項目正式投產。

帶式輸送機封閉運行、干霧除塵等措施解決了環保問題。打造了高效生產線，1.5 h 可完成一列55 節車廂、3 500 t 散料裝車，年吞吐能力可達1 000 萬t，效率提升近70%的同時降低裝卸成本25%。對于建設專業化大宗干散貨泊位、特別是老舊碼頭提質改造具有示范意義。

圖9 安裝中的封閉料場設備