露天煤礦帶式輸送機過渡段距離設計探討

摘要：以某露天煤礦為例，在分析該煤礦所用帶式輸送機性能參數和基本結構基礎上，對輸送機過渡段距離設計進行了理論層面的分析，進而對該露天煤礦帶式輸送機過渡段最小距離進行計算，并對附加伸長和過渡段輸送帶側邊長等關鍵參數取值進行分析論證，對露天煤礦帶式輸送機過渡段距離設計及輸送機過渡段性能穩定，具有借鑒參考意義。

關鍵詞：露天煤礦;帶式輸送機;過渡段;距離

0" "引言

一般將運行中的帶式輸送機受料尾部與卸料頭部兩端，從平行變成槽型或從槽型變成平行的區段稱為輸送機過渡段。過渡段的距離對于機尾部而言，是尾部滾筒中心線至首組正常槽角受料托輥組軸心線之間的距離;對于機頭部而言，則是最末組正常槽角輸送托輥組軸心線和頭部卸料滾筒組軸心線之間的距離。

過渡段距離的確定對于帶式輸送機設計至關重要。本文以某露天煤礦為例，在分析該煤礦所用帶式輸送機性能參數和基本結構基礎上，對輸送機過渡段距離設計進行了理論層面的分析，進而對該露天煤礦帶式輸送機過渡段最小距離進行計算，并對附加伸長和過渡段輸送帶側邊長等關鍵參數取值進行分析論證。

1" "煤礦概況

X煤礦為省屬露天煤礦，開采境界南北寬2.03km，東西長2.64km，其M井田可開采資源儲量為161Mt，剝采率均值為2.98m3/t。該煤礦采煤運輸主要通過自卸車，將煤料從南幫出入溝運送至東幫棧橋，經篩分處理后再通過帶式輸送機運輸至地面儲煤倉。

帶式輸送機經過凹凸起伏較大地段時，很容易表現出脫帶、跑偏，為此必須保證地面平整。雙滾筒驅動帶式輸送機如果按S形布置，則會增大皮帶摩擦，降低皮帶使用壽命，為此應盡可能按直線布置。對于多點驅動的情況，應采取等驅動功率單元分配方式，并按照圓周力分配要求，進行滾筒上圍包角設置，具體設置方式可通過現場試驗確定。

2" "帶式輸送機參數及結構

該煤礦M101型多功能帶式輸送機為固定式，設計生產能力1360t/h，褐煤松散容重0.75t/m3，動堆積角為20°，故帶式輸送機槽角按35°設置;帶寬1400 mm，運輸能力1360t/h，帶速2.5m/s;傾斜機長度初裝時為235.692m，終裝時為925.528m;提升高度初裝時為54.999m，終裝時為217.545m。輸送帶強度為2500N/mm;電機功率初裝時450kW，終裝時3×450kW。

帶式輸送機由輸送帶、托輥及驅動、拉緊裝置等部分組成。輸送帶是帶式輸送機中承載運輸煤料的主要部件，且輸送帶和煤料之間的摩擦力是促進輸送完成的主要動力之一，由此對輸送帶自身強度和粗糙度提出了較高要求。當前可以選用的輸送帶材質，主要有織物芯、鋼絲繩芯和整體芯等，考慮到該煤礦煤料運輸量大，對輸送帶強度要求高，故主要選用鋼絲繩芯材質。受限于當前鋼絲繩芯輸送帶制造工藝，輸送帶長度通常不超過200m，故應通過硫化或機械方式連接輸送帶節段。

托輥是支撐輸送帶穩定運行的部件，根據具體用途，托輥可以分為承載式托輥、調偏式托輥、回程式托輥和緩沖式托輥等形式。驅動裝置根據部位，可劃分成頭部、尾部驅動及多點驅動。該煤礦輸送距離長，煤料承載量大，故采用多點驅動，在卸載端安裝主驅動。拉緊裝置能確保輸送帶具備一定張力，并使輸送帶和煤料間產生較大摩擦，為最大程度利用拉緊力，通常在驅動滾筒松邊處安裝拉緊裝置。

3" "過渡段距離理論分析

帶式輸送機過渡段，從滾筒中線開始，輸送帶側面的傾斜角在0°至托輥組槽角范圍內變化。由于輸送帶側面各點斜行距離不同，故在輸送帶邊緣拉伸時便會形成附加拉應力，引發輸送帶過早疲勞磨損，甚至造成其接頭處破斷和拉裂。為此，必須通過科學設計過渡段距離，將過渡段輸送帶拉應力和應變控制在合理范圍，確保輸送帶平緩過渡運行。

在機尾張力較低區域的過渡段內，輸送帶橫向應力會使其中心拉應力為負值，引發輸送帶中間部位隆起、橫向失穩。同樣，若機尾張力較低區域過渡段距離過小，則輸送帶邊緣會發生附加拉伸。輸送帶彎曲部位會因拉應力為負值而表現出翹曲、隆起，不利于輸送帶正常運行。

根據設計經驗，在進行輸送帶尾部受料處過渡段設計時，必須充分考慮其成槽性。若該過渡段距離過小，則輸送帶驟然從平形過渡到槽形，在追求最佳帶面的要求下，輸送帶面硬質且不易成槽。這既會向托輥組施加較大壓力，又會因受料裝置導料板及防漏料膠板產生相互作用而引發磨帶、切帶，甚至會在輸送帶上拉出溝槽。因此在采用深槽托輥組或鋼絲繩芯帶設計時，必須合理確定機頭和機尾過渡段距離。

對于過渡段距離較長的情況下，應增設若干組不同槽角的過渡托輥，對輸送帶起到支承作用，以保證輸送帶過渡過程平緩穩定。托輥組之間的懸垂度應嚴格控制在許用值范圍內，避免撒料。值得注意的是，帶式輸送機機頭部張力較大區域內過渡段，第一組槽角托輥組側托輥上所承受的附加載荷較大，不利于托輥使用壽命的提升。所以，在對過渡托輥組設置時，需將帶邊方向調整所引發的附加載荷，均布在過渡段設置的全部托輥組上，并確保各托輥組和第一組槽角托輥組距離的對稱性。

過渡段輸送帶形態存在兩種變化，即從平形過渡到槽形或從槽形過渡到平形。槽角托輥組中間托輥和輸送帶底邊接觸面，與沿輸送帶運行向和滾筒表面相切的平面，通常表現為兩種形式：一是重合;二是滾筒表面沿輸送帶運行向抬高一定距離，以便使輸送帶邊緣應力近似等于中部應力，并縮短過渡段距離。

結合相關研究可知，當帶式輸送機機頭部高張力區滾筒抬高距離，恰好為輸送帶槽高的1/2時，滾筒表面所對應的運行平面即為最佳帶面[1]。此時所對應的過渡段距離最短。而對于輸送機尾部低張力區，則應保持滾筒表面與中間輥上平面一致。

如此雖然延長了過渡段距離，但有利于托輥組上輸送帶成槽，沖洗廢水也更容易沿著輸送帶流走。例外的是，在運送大塊物料或輸送帶機頭部張力較低時，不適宜將機頭部滾筒表面抬高，而應使其與中間輥上平面一致，以盡可能降低大塊物料對滾筒結構的沖擊。

4" "過渡段距離設計

4.1" "過渡段最小距離

輸送帶底邊和槽角托輥組中間輥接觸面與滾筒表面相切平面布置形式主要有兩種。滾筒上表面和槽形托輥中間輥上表面位于同一平面的過渡段布置見圖1。滾筒上表面比槽形托輥中間輥上表面抬高h1的過渡段布置見圖2。其中αt為過渡段距離，αb為過渡段輸送帶側邊長，λ為成槽角，B為輸送帶設計寬度。

顯然，圖1布置形式中的過渡段距離比圖2過渡段距離大。在輸送帶不跑偏、正常運行情況下，過渡段兩側邊緣附加伸長量達到最大;而在過渡段輸送帶跑偏等非正常運行情況下，跑偏量越大側的輸送帶邊緣附加伸長量越大。輸送帶側邊緣伸長率附加值，即為輸送帶最長邊和過渡段距離差與過渡段距離之比[2]。結合該露天煤礦帶式輸送機過渡段相關幾何參數設計可以得出，當滾筒表面和托輥組中間輥上平面處于同一平面（見圖1）時，過渡段距離最小值為：

（1）

式中：

LAmin——過渡段距離最小值，m;

b——側托輥上的輸送帶寬，m;

λ——成槽角，°;

ε0——附加伸長率許用值。

而將滾筒上表面比槽形托輥中間輥上表面抬高h1后過渡段距離最小值為：

（2）

式中：

h1+h2——槽形輸送帶側邊高，m。

將帶式輸送機輸送帶相關參數代入式（1）和（2），得出不同槽角下輸送帶張力及所對應的過渡段最小距離見表1。所取得的過渡段最小距離計算結果，也與《帶式輸送機工程設計規范》（GB50431-2008）及相關理論研究基本吻合。

帶式輸送機頭部，輸送帶張力一般比較大，建議本文所提出的兩種過渡形式應盡量采用圖2形式。原因在于沿輸送帶運行方向，將滾筒表面向中間輥上平面抬高一定程度，使過渡段距離縮短后，能保證輸送帶邊緣所承受的應力和輸送帶中部應力趨于一致，且抬高高度應為槽形托輥組槽高的1/2。

相反，若帶式輸送機尾部輸送帶張力比較大，則應按照圖1進行過渡段形式布置。如此雖然會導致過渡段距離加長，但有利于正常槽形托輥組上輸送帶成槽性。此外，對于運送大塊物料的情況下，如果采用圖2的過渡段設計形式，必將增大物料對滾筒的撞擊及對輸送帶的磨損。尤其是在帶式輸送機傾角較大的情況下，采用此種布置形式相當于將該部位的傾角增大，這必然導致物料下滑。

4.2" "附加伸長

帶式輸送機過渡段內，首組托輥組和滾筒組之間輸送帶形狀改變過程中，因輸送帶兩側實際運行長度大于帶中部分，故在兩側產生附加伸長[3]。尤其對于輸送帶張力較大而過渡段懸垂度較小時，由輸送帶兩側附加伸長所引發的局部應力會持續增大。為避免造成輸送帶損傷，必須采取有效措施限制這種過渡段附加伸長。

在帶式輸送機正常運行且輸送帶不跑偏的過程中，過渡段內輸送帶兩側邊緣所對應的附加伸長最大;而在輸送帶跑偏等非正常運行情況下，跑偏量較大側輸送帶邊緣的附加伸長最大。結合相關分析，在滾筒面比中間輥上平面抬高距離恰好與輸送帶槽形高度的1/2相等時，過渡段輸送帶附加拉伸達到最小;否則，要么引起兩側帶緣附加伸長增大，要么引起帶中附加伸長增大。而此時所對應的也是最小的，這也是將這種情況稱為最佳帶面的主要原因。

4.3" "過渡段輸送帶側邊長

對于三節段等長的托輥組而言，少部分資料認為輸送帶跑偏，且達到側托輥頂部時輸送帶邊緣附加伸長達到最大，故過渡段輸送帶側邊長應與側托輥長度相等。但是本文認為，帶式輸送機過渡段輸送帶側邊長，應按照輸送帶設計寬度的1/3取值，即。原因如下：

一是依據少部分資料中的觀點所得到的過渡段距離偏大，結果過于保守;二是其所提到的非正常工況通常不會長時間存在，尤其是機頭機尾部;三是輸送帶跑偏量與其左右邊距就近障礙物的距離往往存在一定限制，輸送帶跑偏量也一般達不到側托輥頂端位置;四是若按照托輥長度確定過渡段最小距離，而按照輸送帶槽高確定滾筒上表面比槽形托輥中間輥上表面抬高距離，很容易在公式推導時混淆物理概念;五是少部分資料的結論與“滾筒面比中間輥上平面抬高距離恰好與輸送帶槽高的1/2相等時，過渡段輸送帶附加拉伸達到最小”存在矛盾。

5" "結論

本文對露天煤礦帶式輸送機過渡段距離進行了優化設計，優化方案實施后，輸送帶邊拉裂及接頭破斷等問題得到有效解決，輸送帶使用壽命也大大延長。應用實踐也表明，對于一般設計，可按照本文結論進行過渡段距離確定。而對于非等長托輥組或設計精度要求較高的情形，則應參照輸送帶安全系數的確定展開具體分析，并應提高對帶式輸送機機尾部低張力區過渡段距離設計的重視程度，避免因小失大。

參考文獻

[1] 陳將軍.帶式輸送機過渡距離及相關布置設計分析[J].硫磷設計與粉體工程，2021（4）：1-5+19+57.

[2] 陳將軍.帶式輸送機過渡距離及相關布置設計分析[J].硫磷設計與粉體工程，2021（3）：44-48+6.

[3] 布魯內，石端偉，張世榮，等.長距離帶式輸送機張力波動特性研究[J].煤炭技術，2017，36（9）：231-234.