帶式輸送機轉運站料斗改造

李會川

河北港口集團港口機械有限公司

1 引言

帶式輸送機作為一種散狀物料輸送設備，具有輸送能力大、操作簡單、節能等優點，由于帶式輸送機系統的任何一個節點發生故障就會造成全線停機，因此在生產運行過程中對設備系統的可靠性有很高的要求。轉運站料斗作為物料轉運、分流的重要節點，對生產效率的影響很大。

某煤炭碼頭建有1條14 km的皮帶長廊，現階段有11 km投入生產運行。該段共有4個轉運站，主要運輸鐵礦石，設計年通貨能力1 500萬t，皮帶機額定流量為4 000 t/h。在前期的試運行過程中，發現各轉運站的料斗經常出現堵料，嚴重影響生產的正常進行，料斗堵料成為亟需解決的問題。

2 堵料原因分析

產生堵料有物料特性和料斗結構2個方面的原因。若在料斗結構設計時未能充分考慮所運輸物料的特性，在運輸含水量較大的黏料時(尤其是含水高的粉狀鐵礦石、鋁礬土等)就很容易發生堵料。本次改造重點對料斗的結構進行調整。

在試運行期間，通過對現場實際堵料位置和次數的統計以及料流方向的觀察，發現運輸黏料時堵料最為頻繁的是MZ1和MZ3轉運站料斗，這2個轉運站的料斗示意圖見圖1。

經現場分析，其堵料的主要原因是料流方向與接觸面角度較大，致使物料經過該位置折轉時速度放緩形成部分積料。隨著積料增多，該位置流入和流出的物料逐漸達到平衡，但這部分積料一直存在。由于該部位料斗橫截面積較小，當有大料頭經過時，極易發生堵料現象。

為了確定物料流向與接觸面之間的角度，用基于離散元技術的顆粒力學仿真軟件EDEM對物料流進行仿真，仿真結果見圖2。經測量MZ1和MZ3塔物料流向與接觸面的夾角分別為48.78°(0.851 406 rad)和46.51°(0.811 708 rad)。因為物料與料斗接觸面的摩擦角一般在35°左右，以上2個角度均遠大于摩擦角，料斗接觸面對物料產生的摩擦力大于物料沖擊力在平行于接觸面上的分力，因此物料在該位置的速度會大大降低，形成積料。

圖2 MZ1和MZ3轉運站料斗EDEM仿真結果

3 結構優化設計

根據以上分析對料斗進行改造，以改變料流方向和料斗橫截面積的方法防止堵料發生。從圖2可以看出，物料從皮帶上進入料斗后經過料斗斜面折返到容易發生堵料的位置，按照圖3的方式改變料斗斜面的角度，同時增大料斗截面尺寸。

圖3 轉運站料斗改造方式

考慮到改變料斗的形狀和尺寸受到現有轉運站鋼結構的限制，不能完全按照模擬的理想狀態進行改造，在改造設計時征求轉運站設計和制造廠家的意見，并做了梁系的結構和受力的驗算，確保梁系的調整對結構和受力的影響在允許的范圍內。

MZ1轉運站各層梁系見圖4，在圖中皮帶運行方向為從右往左，標高17.74 m的樓層為頭部漏斗基礎，標高11.94 m的樓層為頭部漏斗下一層料斗基礎。從圖中可以看出，頭部漏斗前方(2軸位置)為主梁結構，后方為次梁結構，為滿足漏斗結構和尺寸更改的要求，將次梁向右(皮帶運行反方向)移動800 mm。漏斗下一層的料斗基礎兩側均為次梁結構，為滿足料斗結構尺寸增大的要求，2根次梁分別向兩側移動各300 mm。

圖4 MZ1轉運站各層梁系圖

MZ3轉運站各層梁系見圖5，在圖中皮帶運行方向為從右往左，標高20.74 m的樓層為頭部漏斗基礎，標高15.60 m的樓層為頭部漏斗下一層料斗基礎，從圖中可以看出，兩層漏斗和料斗基礎兩側均為次梁結構，為滿足機構和尺寸更改的要求，頭部漏斗前方次梁左移300 mm，下一層料斗基礎取消2個料斗孔之間的次梁，右側次梁右移400 mm。

圖5 MZ3轉運站各層梁系圖

對轉運站梁系進行調整后，相應對MZ1轉運站料斗做如下調整：

(1)上部料斗傾斜角度由65°調整為70°。

(2)料斗截面尺寸由1 m×1 m增大到1.2 m×1.4 m。

(3)同時將喂料靴后移，中部料斗與水平面夾角由60°增加到65°。

對MZ3轉運站料斗做如下調整：

(1)上部料斗傾斜角度按照箭頭方向改為與水平面垂直的方向。

(2)中部料斗截面尺寸由1 m×1 m增大到1.2 m×1.4 m。

(3)同時可將喂料靴后移，中部料斗與水平面夾角由60°增加到65°，改造后的圖紙見圖6。

圖6 MZ1和MZ3料斗改造圖

4 改造設計后物料流向分析

用EDEM對新設計的料斗進行仿真，仿真結果見圖7。經測量，MZ1和MZ3塔新設計的物料流向與接觸面的夾角分別為39.774°(0.694 187 rad)和28.24°(0.492 892 rad)。因受轉運站鋼結構限制，改造后MZ1塔的物料流向與接觸面的夾角雖然仍大于摩擦角，但較改造前有很大改善，加上料斗橫截面積的增大，可有效減少堵料的產生。MZ3塔的物料流向與接觸面的夾角小于摩擦角，大大改善了料斗結構，可有效避免堵料的產生。

圖7 MZ1和MZ3轉運站新料斗仿真結果

5 結語

MZ1和MZ3轉運站料斗改造后，經過近1年半的運行統計，堵料頻次由每周3～5次變為每2～3月1次，并且只有在運輸極黏物料時才會發生堵料。運輸較黏物料時流量從1 000 t/h提升到4 000 t/h，有效解決了物料運輸過程中的堵料問題。