雙向管狀帶式輸送機(jī)在物料輸送工程中的應(yīng)用

吳長(zhǎng)武，畢 琳，宋寶華，張旭君

（中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京100176）

0 引言

雙向管狀帶式輸送機(jī)是一種新型的物料清潔輸送設(shè)備，它具有密閉環(huán)保性能良好，輸送路由布置靈活、輸送提升傾角大、可在復(fù)雜地形條件下進(jìn)行長(zhǎng)距離清潔輸送等特點(diǎn)。并且雙向管狀帶式輸送機(jī)還有物料輸送倒運(yùn)次數(shù)少、運(yùn)輸效率高、施工安裝和維修維護(hù)方便以及系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)安全可靠等優(yōu)勢(shì)，因此在冶金行業(yè)的散狀物料輸送中得到廣泛應(yīng)用。本文通過(guò)分析雙向管狀帶式輸送機(jī)在本鋼板材煉鐵廠新建360 m2燒結(jié)機(jī)輸送系統(tǒng)工程中的具體應(yīng)用特點(diǎn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，助力該物料清潔輸送設(shè)備在冶金行業(yè)得到更好的推廣和運(yùn)用。

1 雙向管狀帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

1.1 雙向管狀帶式輸送機(jī)的典型結(jié)構(gòu)

雙向管狀帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)包含頭部、尾部、受料點(diǎn)、卸料點(diǎn)、拉緊裝置、翻帶裝置、防脹管裝置等。雙向管狀帶式輸送機(jī)膠帶在承載段和回程段都布置為圓管狀，膠帶經(jīng)過(guò)翻帶裝置后，相應(yīng)回程段也可以進(jìn)行物料輸送。

1.2 雙向管狀帶式輸送機(jī)的性能特點(diǎn)

雙向管狀帶式輸送機(jī)具有以下幾個(gè)突出性能特點(diǎn)：

（1）物料運(yùn)輸過(guò)程是一種密閉的狀態(tài)，物料不會(huì)散落和飛揚(yáng)，也不會(huì)由于外界刮風(fēng)和下雨等因素，造成對(duì)環(huán)境的污染。

（2）輸送工藝路由可進(jìn)行水平、垂直曲線布置，轉(zhuǎn)彎處無(wú)須轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)，故布局簡(jiǎn)單?？捎行Ы档洼斔拖到y(tǒng)設(shè)備投資，并有效的降低系統(tǒng)的故障率，有利于企業(yè)的生產(chǎn)組織和管理。

（3）管狀帶式輸送機(jī)將物料包裹輸送，增加了物料間及物料與膠帶間的接觸面積和摩擦力，因此管狀帶式輸送機(jī)可以實(shí)現(xiàn)較大傾斜角度的提升。

（3）由于管狀帶式輸送機(jī)膠帶形成圓管狀，棧橋?qū)挾戎幌喈?dāng)于相同輸送量普通帶式輸送機(jī)的一半，故占地面積較小。

（5）由于物料被包圍在圓管膠帶內(nèi)進(jìn)行輸送，物料倒運(yùn)減少，可以有效的保證物料質(zhì)量，防止物料的損耗。

（6）雙向輸送物料可以提高管狀帶式輸送機(jī)的使用效率。

2 雙向管狀帶式輸送機(jī)在本鋼360 m2 燒結(jié)機(jī)工程的應(yīng)用

本鋼板材煉鐵廠新建360 m2燒結(jié)機(jī)外配套輸送系統(tǒng)工程主要目的是將新建360 m2燒結(jié)機(jī)產(chǎn)出的成品燒結(jié)礦運(yùn)往高爐礦槽，同時(shí)將高爐返礦輸送至原料廠新18 號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站處，以便新建燒結(jié)車間使用。由于在以往工程設(shè)計(jì)中存在工藝路由不夠優(yōu)化，選擇安全系數(shù)過(guò)高，導(dǎo)致電機(jī)額定驅(qū)動(dòng)功率很大等不足，造成實(shí)際工程中輸送帶、結(jié)構(gòu)架及托輥損害嚴(yán)重。因此結(jié)合本工程實(shí)際進(jìn)一步優(yōu)化管狀帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)，可有效解決上述問(wèn)題。

2.1 基本設(shè)計(jì)參數(shù)

雙向輸送管狀帶式輸送機(jī)基本參數(shù)：管徑Φ=400 mm（帶寬1 530 mm），帶速V=3.15 m/s，運(yùn)輸量Q 燒結(jié)礦/返礦=1 200/400 t/h，運(yùn)輸距離L=1 842 m，升高H=17.5 m。對(duì)于管徑、帶速的選取，由于該系統(tǒng)主要輸送成品燒結(jié)礦物料，考慮物料粒度在100 mm 以下，裝料系數(shù)通常在95～100%之間。為降低燒結(jié)礦損耗，管狀帶式輸送機(jī)采用中等帶速運(yùn)行，帶速選用3.15 m/s；經(jīng)計(jì)算管徑選用400 mm，實(shí)際物料填充率約71%。通常物料的填充系數(shù)一般為75%，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求[1]。

2.2 主要設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2.2.1 工藝路由布置

本工程是改造建設(shè)類項(xiàng)目，既要考慮前期預(yù)留普通通廊的利用，還要繞行、跨越或共架現(xiàn)場(chǎng)已有構(gòu)筑物和地下各類管線。管狀帶式輸送機(jī)路由經(jīng)過(guò)二個(gè)S 型、一個(gè)49°水平彎曲及3 個(gè)垂直方向凸、凹弧段構(gòu)成。其中在現(xiàn)場(chǎng)布置條件允許的情況下，或彎曲處輸送帶張力大的位置應(yīng)增大彎曲半徑，彎曲半徑應(yīng)該大于標(biāo)準(zhǔn)彎曲半徑值。標(biāo)準(zhǔn)彎曲半徑值見(jiàn)表1，表中D 為管徑。

該雙向管狀帶式輸送機(jī)路由利用原預(yù)留通廊長(zhǎng)度900 多米，節(jié)省大量工程投資，不僅滿足了設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)的要求，而且充分體現(xiàn)了雙向運(yùn)輸（承載和回程均送料）、節(jié)能及環(huán)保優(yōu)點(diǎn)。具體路由如圖1 所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)彎曲半徑 /mm

圖1 本鋼板材煉鐵廠新建360 m2 燒結(jié)機(jī)外配套輸送系統(tǒng)工程工藝路由圖

2.2.2 驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算

根據(jù)工藝路由、輸送物料特性參數(shù)、功率平均分配原則以及尾部驅(qū)動(dòng)功率通常只需滿足克服回程輸料和摩擦阻力功耗要求，管狀帶式輸送機(jī)傳動(dòng)布置采用頭部2 臺(tái)、尾部1 臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式。通過(guò)傳動(dòng)功率計(jì)算，得出每臺(tái)電機(jī)滿載時(shí)額定功率為438.7 kW，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)富裕度要求選用500 kW高壓變頻電機(jī)。在驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算中,綜合模擬摩擦系數(shù)f 的取值非常重要，綜合模擬摩擦系數(shù)決定驅(qū)動(dòng)功率大小，系數(shù)取值越大功率越大。本工程項(xiàng)目中模擬摩擦系數(shù)f 取值為0.04，主要是考慮工程所在地極端氣候條件。此外綜合模擬摩擦系數(shù)還與管狀帶式輸送機(jī)工作條件、設(shè)備結(jié)構(gòu)形式及托輥類型等有關(guān)，此系數(shù)可以在表2 模擬摩擦系數(shù)f 和輸送機(jī)附加長(zhǎng)度L0中選取。

2.2.3 驅(qū)動(dòng)布置形式

表2 模擬摩擦系數(shù)f 和輸送機(jī)附加長(zhǎng)度L0

管狀帶式輸送機(jī)采用頭部2 臺(tái)、尾部1 臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置形式。驅(qū)動(dòng)裝置由變頻電動(dòng)機(jī)、

減速機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器及逆止器等構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)設(shè)備的固定底座為焊接結(jié)構(gòu)，必須具有足夠剛度。具體頭尾驅(qū)動(dòng)布置如圖2 所示。

2.2.4 拉緊裝置選擇

圖2 本鋼板材煉鐵廠新建360 ㎡燒結(jié)機(jī)外配套輸送系統(tǒng)工程頭尾驅(qū)動(dòng)布置圖

管狀帶式輸送機(jī)拉緊形式有很多種，最主要的有垂直重錘拉緊、液壓拉緊、塔式拉緊、變頻絞車及塔架和絞車裝置組合拉緊。綜合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、考慮膠帶張緊力和拉緊行程等因素，本工程管狀帶式輸送機(jī)采用雙行程垂直重錘拉緊方式，保證拉緊裝置的張緊力及拉緊行程的設(shè)計(jì)滿足滿載起動(dòng)時(shí)膠帶不打滑和制動(dòng)工況的要求。

2.2.5 翻帶裝置設(shè)置

管狀帶式輸送機(jī)的上下行程膠帶都是管狀，能夠?qū)崿F(xiàn)上行程輸送、同時(shí)下行程反向輸送的正反輸送物料形式。為實(shí)現(xiàn)在回程中同一管狀膠帶面輸送物料，必須把管狀膠帶翻轉(zhuǎn)180°，使輸送帶帶料的一面仍然為內(nèi)表面，并且膠帶搭接部分在正上方。結(jié)合本工程頭部卸料點(diǎn)相對(duì)地坪高，尾部受、卸料點(diǎn)間水平距離較長(zhǎng)，以及簡(jiǎn)單適用的原則，翻帶裝置采用普通夾棍式引導(dǎo)反轉(zhuǎn)形式。

2.2.6 防脹管裝置

管狀帶式輸送機(jī)不同管徑對(duì)應(yīng)物料許用塊度也不同，管徑400 mm 對(duì)應(yīng)最大塊度不能大于150 mm。就管狀帶式輸送機(jī)來(lái)說(shuō)，上游來(lái)料帶式輸送機(jī)頭部漏斗設(shè)置鋼格柵和導(dǎo)料槽，漏斗出口設(shè)置防脹管結(jié)構(gòu)尤為重要，可以有效避免大塊物料和不均勻來(lái)料進(jìn)入成管段造成停機(jī)故障。

2.3 重要部件選型

（1）輸送膠帶選型：管狀帶式輸送機(jī)需選用專用管狀輸送膠帶。依據(jù)輸送帶強(qiáng)度公式，具體輸送膠帶規(guī)格的選擇，不僅要根據(jù)物料輸送距離、設(shè)備布置形式及膠帶張力等條件的要求，還要考慮輸送膠帶的弧段布置、橫向剛度、使用條件等因素。本工程中專用膠帶需要滿足生產(chǎn)條件的韌性和剛度要求，膠帶應(yīng)有足夠的的荷載支承性能和成管、成槽性能[2]；安全系數(shù)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)＞12，伸長(zhǎng)率＜1.5%。設(shè)計(jì)靜安全系數(shù)≮15，耐高溫120 ℃。

（2）輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)選型：管狀帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)采用高壓變頻電動(dòng)機(jī)，防護(hù)等級(jí)IP54，絕緣等級(jí)F，滿足滿載啟動(dòng)的要求，應(yīng)有可靠的超溫檢測(cè)保護(hù)裝置。電機(jī)額定輸出功率不應(yīng)小于理論計(jì)算得到的管狀帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒軸功率的1.5 倍，驅(qū)動(dòng)設(shè)備的總效率應(yīng)不大于0.8。

（3）減速機(jī)選型：管狀帶式輸送機(jī)減速器應(yīng)采用質(zhì)硬齒面平行軸減速機(jī)。減速機(jī)的額定輸出機(jī)械功率應(yīng)不小于2 倍的管狀帶式輸送機(jī)最大出力時(shí)的設(shè)計(jì)計(jì)算功率，減速機(jī)額定功率不小于電機(jī)功率的200%，并需要進(jìn)行熱容量校核。啟動(dòng)扭矩大于電機(jī)最大扭矩。減速機(jī)如果采用自然冷卻方式，還必須符合熱容量校核要求。減速器的選擇還應(yīng)滿足當(dāng)?shù)毓ぷ鳝h(huán)境下、重載負(fù)荷、每日運(yùn)行24 小時(shí)、每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)不少于5 次。

（4）傳動(dòng)滾筒選型：選擇管狀帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒時(shí)，要嚴(yán)格按照管狀帶式輸送機(jī)功率進(jìn)行計(jì)算，其許用扭矩必須滿足相關(guān)要求。傳動(dòng)滾筒直徑必須大于由膠帶性能決定的最小滾筒直徑。傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)形式采用焊接筒體，輪轂與輪軸之間一般采用脹套聯(lián)接方式。

除以上重要部件外，管狀帶式輸送機(jī)還應(yīng)設(shè)置防止膠帶跑偏、扭曲、打滑、撕裂的保護(hù)措施，并且配備雙側(cè)事故拉繩裝置。頂部含走道上方設(shè)置圓弧形彩鋼板防雨棚，比兩側(cè)走臺(tái)寬出200 mm，保證刮風(fēng)時(shí)雨雪不能淋到膠帶上。為檢修及檢查方便，適當(dāng)設(shè)置過(guò)橋，并且每隔20 米設(shè)置照明。

2.4 變頻驅(qū)動(dòng)控制

管狀帶式輸送機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)目前有調(diào)速型液力耦合器、可控啟動(dòng)傳輸控制裝置（CST）、變頻調(diào)速裝置等。其中變頻調(diào)速裝置可為電機(jī)提供其所需的需求功率，并可根據(jù)電機(jī)需求功率的變化，相應(yīng)地精確調(diào)整變頻器的輸出功率[3]。依據(jù)設(shè)備必須滿足24 小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，以及在冬季極端天氣或檢修維護(hù)工況下，管狀帶式輸送機(jī)不僅要滿負(fù)荷帶料等其它不利情況下的起動(dòng)運(yùn)行和停機(jī)平穩(wěn)可靠，還需空載慢速運(yùn)行。綜合考慮生產(chǎn)控制要求和傳動(dòng)控制設(shè)備投資，最終本管狀帶式輸送機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)采用變頻調(diào)速裝置。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試

在現(xiàn)場(chǎng)管狀帶式輸送機(jī)安裝調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了膠帶扭轉(zhuǎn)和跑偏問(wèn)題，膠帶扭轉(zhuǎn)跟彎曲段托輥摩擦力和雨水天氣膠帶阻力改變有重大關(guān)系，而膠帶跑偏主要是安裝壓輥位置不合理、重錘箱中重錘塊偏心及改向滾筒受力不均造成的。通過(guò)調(diào)整PSK 板上托輥、改向滾筒軸承座及重錘塊重新擺放有效地消除了扭轉(zhuǎn)和跑偏問(wèn)題。

3 工程應(yīng)用效益

本鋼板材煉鐵廠新建360 m2燒結(jié)機(jī)外配套輸送系統(tǒng)工程經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試及試運(yùn)行過(guò)程，在要求的時(shí)間內(nèi)如期建成。自2016 年投產(chǎn)以來(lái)，該雙向管狀帶式輸送機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)行平穩(wěn)，完全達(dá)到了實(shí)際生產(chǎn)需求。不但利用原預(yù)留通廊，節(jié)約了工程建設(shè)投資，而且雙向管狀帶式輸送機(jī)全程采用管狀密閉輸送物料，環(huán)保效果顯著，實(shí)現(xiàn)了物料清潔運(yùn)輸。最關(guān)鍵的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是全線采用了大跨越、高強(qiáng)度的鋼結(jié)構(gòu)桁架，不會(huì)對(duì)沿線的建筑物產(chǎn)生影響。通過(guò)幾年來(lái)具體的實(shí)踐應(yīng)用，管狀帶式輸送機(jī)在物料清潔輸送當(dāng)中具有良好的使用效果，不僅節(jié)約了工程投資，也降低了企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行成本，極大的提高了管理效率和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著國(guó)家環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，特別是2019 年4 月28 日由生態(tài)環(huán)境部等5 部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》，此意見(jiàn)中關(guān)于物料輸送環(huán)節(jié)規(guī)定，粉狀、塊狀或粘性物料應(yīng)采用管狀帶式輸送機(jī)等方式密閉輸送。同時(shí)，管狀帶式輸送機(jī)還具有在長(zhǎng)距離、地形復(fù)雜、環(huán)保要求高的相關(guān)運(yùn)輸領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用的性能優(yōu)勢(shì)。近幾年，伴隨各行業(yè)領(lǐng)域?qū)軤顜捷斔蜋C(jī)的不斷應(yīng)用，其工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也在不斷的積累當(dāng)中，專用膠帶也在逐漸國(guó)產(chǎn)化，現(xiàn)已逐步總結(jié)出一整套較為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試及檢驗(yàn)等全面的標(biāo)準(zhǔn)和方法。管狀帶式輸送機(jī)技術(shù)正在趨于成熟，未來(lái)將會(huì)具有更加廣泛的發(fā)展前景。