回程管狀膠帶機(jī)設(shè)計(jì)

余思均

(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司 重慶 401122)

1 前言

當(dāng)今，環(huán)保已成為社會廣泛關(guān)注的問題，不僅對環(huán)境保護(hù)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，還對工人安全衛(wèi)生提出了更高的要求。針對散狀物料運(yùn)輸領(lǐng)域中的環(huán)保問題，膠帶機(jī)回程撒料的問題也越來越受到使用方的關(guān)注。

膠帶機(jī)作為一種散狀物料運(yùn)輸設(shè)備，在冶金、電廠、礦山得到廣泛應(yīng)用，其中普通帶式輸送機(jī)最為廣泛。但是，普通帶式輸送機(jī)在設(shè)定地點(diǎn)完成卸料后，即使通過多種吹掃和清洗，仍有物料殘留附著在回程膠帶的表面，尤其是對于含水率較高、粘著性較大的物料，其帶面清掃十分困難。帶有腐蝕性的殘留物料和水分會在回程膠帶與下部平行托輥之間的摩擦中沿途灑落。不僅嚴(yán)重污染周邊環(huán)境，對工人安全衛(wèi)生造成威脅，需要大量人力、物力銷耗。同時(shí)，普通膠帶機(jī)的回程帶面是承載面與托輥直接接觸，殘留的物料和水分會磨損、腐蝕、銹蝕托輥和支架等結(jié)構(gòu)，影響膠帶機(jī)安全運(yùn)行和使用壽命，更增加維護(hù)成本。近年來，密封性良好的圓管膠帶機(jī)得到了應(yīng)用。但是，對于某些特殊物料，如高爐水渣、碼頭進(jìn)料，其來料量不穩(wěn)定，使用圓管膠帶機(jī)輸送，承載段出現(xiàn)爆管、塌管的情形時(shí)有發(fā)生；并且相同帶寬下，圓管膠帶機(jī)的運(yùn)量為普通槽型膠帶機(jī)運(yùn)量的一半左右，經(jīng)濟(jì)性較差，讓使用方一致致力于尋求新的解決方法。

一種新的膠帶機(jī)形式——回程管狀膠帶機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，它吸收了普通膠帶機(jī)和管狀膠帶機(jī)的優(yōu)點(diǎn)而摒棄其缺點(diǎn)；回程管狀膠帶機(jī)的上帶面和普通帶速輸送機(jī)的上帶面一致(采用槽型斷面)，下帶面和管帶膠帶機(jī)下帶面一致(采用管狀斷面)；同時(shí)頭部、尾部采用翻帶裝置，使粘料帶面被管狀膠帶機(jī)包裹，避免回程帶撒料、滴水的現(xiàn)象的發(fā)生；避免設(shè)備和通廊結(jié)構(gòu)被沿途灑落的物料和水分侵蝕。同時(shí)上帶面設(shè)置封閉結(jié)構(gòu)或機(jī)罩，回程管狀膠帶機(jī)的清潔化程度與圓管帶式輸送機(jī)相當(dāng)，相同帶寬下其運(yùn)量更大，對料流不穩(wěn)定的適應(yīng)性更強(qiáng)，摩擦阻力更小，能耗更低。

2 阻力計(jì)算

阻力計(jì)算是回程管狀膠帶機(jī)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容，對于整個(gè)回程卷管的正常運(yùn)行至關(guān)重要。阻力是整套設(shè)備功率計(jì)算的基礎(chǔ)和核心，是滾筒選型和核算的根本，更是設(shè)備提土建荷載的基礎(chǔ)，是設(shè)備安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行的保障?；爻坦軤钅z帶機(jī)的阻力計(jì)算方法和普通帶式輸送機(jī)的計(jì)算方法基本相同，但回程管狀膠帶機(jī)特有槽型上帶面、管狀下帶面使張力也有自身的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 阻力系數(shù)

回程管狀膠帶機(jī)上帶面的阻力系數(shù)[1]根據(jù)實(shí)際工作情況選取，和普通帶式輸送機(jī)一致，本文不再贅述；下帶面是管狀，其阻力系數(shù)需參照管狀帶式輸送機(jī)選取，詳見表1下帶面模擬摩擦系數(shù)，上帶面的阻力系數(shù)和下帶面的阻力系數(shù)需在計(jì)算時(shí)分別選取。

表1 下帶面模擬摩擦系數(shù)[2]

2.2 阻力計(jì)算[3]

回程管狀膠帶機(jī)上帶面運(yùn)行過程的阻力種類和阻力計(jì)算和普通帶式輸送機(jī)一致，在此不再贅述?；爻坦軤钅z帶機(jī)下帶面的阻力除包含普通膠帶機(jī)的主要阻力外，同時(shí)還包含成管阻力、成形阻力、轉(zhuǎn)彎阻力等附加阻力，下面逐一說明。

2.2.1 成管阻力

主要發(fā)生在膠帶由管狀形成平狀的區(qū)域，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，成管阻力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式如下：

FROLL=(0.24dp+25)gz1

(1)

式中:dp—圓管直徑，mm；

z1—成管段數(shù)量；

g—為重力加速度，m/s2。

2.2.2 成形阻力

根據(jù)普利司通相關(guān)研究，成形阻力由膠帶的橫向高度產(chǎn)生，橫向剛度在單位長度下轉(zhuǎn)換成成形阻力的近似公式如下：

(2)

式中:K—普利司通定義的輸送帶剛度(全帶寬為75mm時(shí))，g/75mm;

g—重力加速度，m/s2。

根據(jù)相關(guān)公司研究，成形阻力主要與輸送帶管徑、輸送機(jī)長度和模擬摩擦系數(shù)有關(guān)，實(shí)際設(shè)計(jì)中，成形阻力依線路和物料不同而不同，因此，輸送帶成形力產(chǎn)生的阻力需要考慮橫向剛度的影響。根據(jù)通用帶式輸送機(jī)的主要阻力為物料、輸送帶和托輥旋轉(zhuǎn)部分作用在托輥軸承上的正壓力乘上模擬摩擦系數(shù)，實(shí)際工程中，考慮近似計(jì)算，成形阻力FFORMR計(jì)算公式如下：

FFORMR=flFFORM

(3)

式中：f—模擬摩擦系數(shù)；

l—圓管段的長度，mm。

膠帶的剛度與成形力的近似轉(zhuǎn)換關(guān)系詳見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)剛性輸送帶的剛度與成形力的轉(zhuǎn)換關(guān)系

2.2.3 轉(zhuǎn)彎阻力

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，轉(zhuǎn)彎阻力計(jì)算如下：

Fcu=fFin(sinαH+sinαv)

(4)

式中：αH—水平曲線圓心角，rad；

αv—豎向曲線圓心角，rad；

Fin—曲線段起點(diǎn)張力，N。

根據(jù)以上阻力計(jì)算公式，結(jié)合普通膠帶機(jī)的阻力計(jì)算公式，可得回程管狀膠帶機(jī)的總阻力，根據(jù)普通膠帶機(jī)的阻力和功率的計(jì)算關(guān)系，考慮一定的系數(shù)，可得回程卷管膠帶機(jī)的驅(qū)動功率。

3 線路設(shè)計(jì)

實(shí)際使用中，回程管狀帶式輸送機(jī)因其固有的特點(diǎn)，下帶面需要翻轉(zhuǎn)使粘料面被包裹在圓管內(nèi)，因此翻帶的長度需要合適的取值；下帶面由管狀打開成平狀、平狀卷成管狀時(shí)，處于經(jīng)濟(jì)性、可靠性等，需合理的設(shè)計(jì)過段段的長度；因?yàn)樯舷聨娴牟煌?，膠帶機(jī)的凸弧、凹弧半徑需合理設(shè)計(jì)，避免圓管的塌管[4]，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.1 翻帶段長度[5][6]

膠帶翻帶段長度受長度、設(shè)備現(xiàn)場布置的限制，考慮設(shè)備總體投資的要求，要求翻帶段長度在考慮設(shè)備使用壽命和運(yùn)行穩(wěn)定性的情況下，盡可能小。膠帶翻轉(zhuǎn)時(shí)，膠帶附加應(yīng)力會增加，膠帶斷面易撕裂，影響輸送帶壽命。根據(jù)日本石橋膠帶機(jī)長《膠帶機(jī)膠帶設(shè)計(jì)手冊》中的計(jì)算方法，可知基本原理是要求膠帶的邊緣伸長率滿足膠帶本身許可的彈性伸長量，翻帶段長度近似計(jì)算如下：

(5)

式中:B—帶寬，mm；

ε—膠帶的許用彈性應(yīng)變值。

上面的計(jì)算中把膠帶當(dāng)成純線性，同時(shí)忽略附加張力，彈性模量，張力區(qū)域的影響，實(shí)際使用中，需考慮適當(dāng)?shù)姆糯蟆?/p>

根據(jù)帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范，EP帶許用彈性應(yīng)變值取0.01，ST帶許用彈性應(yīng)變值取0.0025。EP帶翻帶段長度最小可取12.5B，ST帶翻帶段長度最小可取25B。

3.2 過渡段長度[7]

回程管狀輸送機(jī)的頭部、尾部過渡段的長度由輸送帶的管徑、類型、允許伸長率決定。過渡段太短，膠帶邊緣有較大的附加張力，過早疲勞損壞；過渡段太長，減少回程回程卷管的包裹長度，回程撒料的區(qū)域增加。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:

EP輸送帶，過渡段長度LG≥25D;

ST輸送帶，過渡段長度LG≥50D。

式中：D—管狀膠帶機(jī)管徑，mm。

過渡段緩沖托輥的間距一般為300-500mm，均為槽型托輥，其槽角由10°依次增加至45°，可根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整，對膠帶齊導(dǎo)向、支撐和約束作用；然后設(shè)一個(gè)五托輥組，最上方的2個(gè)托輥的傾角根據(jù)輸送帶兩邊的搭接方向可調(diào)，一般取60°和55°，用于壓低一邊的輸送帶，順利搭接過渡成圓管形，減少邊緣部分磨損；有時(shí)還在多邊形托輥組斷面上設(shè)置一個(gè)壓帶托輥，用來壓低輸送帶的一邊，以此使輸送帶形成管狀。

3.3 轉(zhuǎn)彎半徑[7]

回程管狀輸送機(jī)的斷面形式綜合普通帶式輸送機(jī)和圓管帶式輸送機(jī)的特點(diǎn)，其凹弧、凸弧半徑不僅要滿足普通帶式輸送機(jī)的要求，還需滿足圓管帶式輸送機(jī)的要求。

彎曲布置的曲率半徑通常由輸送帶管徑、輸送帶類型及其使用情況等因素決定，曲率半徑的大小，影響輸送帶的最大張力，直接影響輸送帶和托輥的使用壽命，根據(jù)已有研究和工程實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，推薦如下：

圓管水平、凹弧彎曲時(shí)，最小轉(zhuǎn)彎半徑如下：

EP膠帶，R≥300D；ST膠帶，R≥700D；

圓管水平彎曲和凸弧同時(shí)存在時(shí)，最小轉(zhuǎn)彎半徑如下：

EP膠帶，R≥500D；ST膠帶，R≥900D。

式中：D—圓管直徑，mm。

4 結(jié)語

目前，回程管狀輸送機(jī)已在一些特殊工況和場合逐步開始使用，本文簡要對回程管狀輸送機(jī)的參數(shù)選擇、阻力計(jì)算、功率計(jì)算、工藝布置、線路設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行綜合性介紹，對回程卷管的設(shè)計(jì)有參考意義，對回程卷管膠帶輸送機(jī)的實(shí)際應(yīng)用有一定的指導(dǎo)、推廣作用。某鋼廠水渣輸送膠帶機(jī)回程帶面撒料，水渣含水易腐蝕鋼結(jié)構(gòu)，需嚴(yán)格控制回程帶面撒料，因此長距離水渣輸送膠帶機(jī)采用回程管狀膠帶機(jī)，運(yùn)用本文的設(shè)計(jì)方法，指導(dǎo)回程卷管膠帶機(jī)設(shè)計(jì)，取得很好的效果。