選礦廠帶式輸送機(jī)部件選型及系統(tǒng)優(yōu)化

夏自發(fā)， 唐廣群

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司 礦山事業(yè)部， 北京 100038)

選礦廠帶式輸送機(jī)部件選型及系統(tǒng)優(yōu)化

夏自發(fā)， 唐廣群

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司 礦山事業(yè)部， 北京 100038)

針對(duì)選礦廠帶式輸送機(jī)的特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的普遍性問(wèn)題，結(jié)合工程實(shí)例和設(shè)計(jì)體會(huì)，分析和討論了選礦廠帶式輸送機(jī)的部件選型和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法。

選礦廠；帶式輸送機(jī)； 部件選型； 系統(tǒng)優(yōu)化

0 引言

帶式輸送機(jī)與其他運(yùn)輸方式相比具有運(yùn)距長(zhǎng)、能力大、投資省、運(yùn)費(fèi)低、操作簡(jiǎn)單安全、管理維修容易、能耗低、污染小等優(yōu)勢(shì)而逐漸成為各行業(yè)物料搬運(yùn)的主要手段，也是選礦廠主要的輸送設(shè)備之一。

《DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]及《GB 50431—2008帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行阻力與驅(qū)動(dòng)功率、輸送帶張力、啟動(dòng)加速與減速停車(chē)、逆止力及拉緊參數(shù)等都給出了明確的計(jì)算方法，為帶式輸送機(jī)的安全、穩(wěn)定、可靠設(shè)計(jì)提供了有力保證。雖然《DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》提供了主要部件型譜，但對(duì)主要部件如何選型卻很少涉及，針對(duì)選礦廠帶式輸送機(jī)的部件選型及系統(tǒng)優(yōu)化的文獻(xiàn)及著作就更為少見(jiàn)，而部件選型和系統(tǒng)優(yōu)化卻是帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)中非常重要的內(nèi)容，事關(guān)整機(jī)的經(jīng)濟(jì)合理性、使用安全性及運(yùn)營(yíng)可靠性。

本文以《DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》及《GB 50431—2008帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》為主要依據(jù)，參考帶式輸送機(jī)的相關(guān)文獻(xiàn)，并結(jié)合作者在永平銅礦、銅礦峪銅礦以及會(huì)寶嶺鐵礦項(xiàng)目中帶式輸送機(jī)的生產(chǎn)實(shí)際情況和設(shè)計(jì)體會(huì)，來(lái)探討帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

1 部件選型及優(yōu)化

1.1 傳動(dòng)滾筒和改向滾筒

傳動(dòng)滾筒和改向滾筒分為膠面滾筒和光面滾筒，設(shè)計(jì)手冊(cè)和規(guī)范對(duì)不同滾面的滾筒的使用場(chǎng)合只給出了原則性的指導(dǎo)，未作詳細(xì)說(shuō)明。由于選礦廠的物料含泥含水高、工作環(huán)境條件差，根據(jù)設(shè)計(jì)體會(huì)和選礦廠的使用經(jīng)驗(yàn)，選礦廠宜選用膠面滾筒，以增加滾筒與膠帶之間的摩擦系數(shù)，避免粘料和打滑而降低輸送效率。

1.2 托輥組

設(shè)計(jì)手冊(cè)和規(guī)范提供了托輥載荷的計(jì)算方法，但選礦廠的工作條件惡劣，礦量波動(dòng)大，大塊物料沖擊大，筆者認(rèn)為，在滿足規(guī)范要求的承載能力情況下，還應(yīng)對(duì)托輥直徑與軸承承載能力考慮一定的保險(xiǎn)系數(shù)，以延長(zhǎng)托輥的使用壽命，可參考表1和表2進(jìn)行托輥組選型[3]。

表1 帶寬與托輥的關(guān)系

表2 帶速與托輥?zhàn)钚≈睆降年P(guān)系

選礦廠的物料塊度大、密度大、形狀不規(guī)整。對(duì)于大型礦山，帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)處的配置高差大，設(shè)計(jì)手冊(cè)與規(guī)范要求，受料處必須采用緩沖托輥來(lái)吸收部分沖擊力。筆者認(rèn)為對(duì)大型礦山采用耐沖擊更強(qiáng)的緩沖床作為受料處的支撐，才能保證高效率生產(chǎn)，并在受料處設(shè)置防撕裂裝置，將尖銳鐵器對(duì)承接帶式輸送機(jī)帶面的損壞程度降低至最小。

1.3 頭架及尾架

關(guān)于頭架和尾架型式的選擇，設(shè)計(jì)手冊(cè)和規(guī)范均推薦采用角形頭架和尾架。在同規(guī)格帶寬和滾筒直徑的情況，矩形頭架的許用合力較小(≤80 kN)，但矩形頭架一般比角形頭架要矮，有利于工藝配置和設(shè)備檢修，故在滿足許用合力的情況下，選用矩形頭架和尾架更適用。

1.4 導(dǎo)料槽

設(shè)計(jì)手冊(cè)中雖有矩形導(dǎo)料槽和喇叭口導(dǎo)料槽兩種類(lèi)型，但未說(shuō)明兩類(lèi)導(dǎo)料槽的使用場(chǎng)合。根據(jù)選礦廠的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，塊度較大、粘度較大的物料的輸送推薦采用矩形導(dǎo)料槽，除此之外的其它物料的輸送推薦采用喇叭口導(dǎo)料槽。筆者認(rèn)為，中碎前帶式輸送機(jī)因物料塊度大(≤300 mm)，選用矩形導(dǎo)料槽是合適的，而其它場(chǎng)合應(yīng)采用喇叭口導(dǎo)料槽，因?yàn)槔瓤趯?dǎo)料槽使物料集中到槽形膠帶的中部，不灑料，托輥受力均勻，膠帶不易跑偏，可延長(zhǎng)膠帶與托輥使用壽命。

1.5 頭部漏斗

設(shè)計(jì)手冊(cè)對(duì)頭部漏斗的應(yīng)用范圍說(shuō)明:“本系列頭部漏斗有4種主要型式，適合帶速2.5 m/s以下的輸送機(jī)使用。帶速3.15 m/s以上的輸送機(jī)用頭部漏斗需特殊設(shè)計(jì)”。根據(jù)選礦廠的實(shí)際使用情況，帶速1.6～2.5 m/s的帶式輸送機(jī)采用設(shè)計(jì)手冊(cè)的標(biāo)準(zhǔn)頭部漏斗時(shí)，也經(jīng)常出現(xiàn)頭部漏斗前側(cè)板距卸料滾筒過(guò)短或落差過(guò)大的現(xiàn)象，大塊物料對(duì)頭部漏斗產(chǎn)生很大的沖擊、磨損，降低了頭部漏斗的使用壽命，增加了廠房的噪音和粉塵。根據(jù)筆者的設(shè)計(jì)體會(huì)，對(duì)帶度大于1.6 m/s、輸送物料塊度較大或料層較厚的帶式輸送機(jī)，不能簡(jiǎn)單地取滾筒直徑和帶速來(lái)計(jì)算卸料軌跡，應(yīng)取物料的底面(即帶面)、質(zhì)心和頂面分別計(jì)算直徑和速度而繪制卸料軌跡曲線[4-6]，合理地設(shè)計(jì)頭部漏斗的結(jié)構(gòu)尺寸及設(shè)置死角緩沖區(qū)，而不宜直接選用設(shè)計(jì)手冊(cè)的標(biāo)準(zhǔn)頭部漏斗。

1.6 驅(qū)動(dòng)裝置

(1)分離式驅(qū)動(dòng)裝置有Y-DBY(DCY)和Y-ZLY(ZSY)兩種，Y-DBY(DCY)驅(qū)動(dòng)裝置的特點(diǎn)是在外廓尺寸不大的情況下，可以獲得大的傳動(dòng)比，工作平穩(wěn)，噪聲較小，但效率較低；Y-ZLY(ZSY)驅(qū)動(dòng)裝置特點(diǎn)是效率及可靠性高，工作壽命長(zhǎng)，維護(hù)簡(jiǎn)便，因而應(yīng)用范圍很廣。在這兩種分離式驅(qū)動(dòng)裝置中，選礦廠應(yīng)優(yōu)先選擇Y-ZLY(ZSY)驅(qū)動(dòng)裝置；Y-DBY(DCY)適合用于布置要求特別緊湊的地方。

(2)減速器是驅(qū)動(dòng)裝置組合中最為關(guān)鍵的部件，而且其型號(hào)遠(yuǎn)不止設(shè)計(jì)手冊(cè)上所列，考慮到占地面積小、散熱好、維護(hù)方便等因素，選礦廠也可采用弗蘭德或SEW減速器。

(3)選礦廠帶式輸送機(jī)輸送量波動(dòng)大，并且大多數(shù)帶式輸送機(jī)是間斷工作的，電機(jī)采用變頻驅(qū)動(dòng)不僅有利于節(jié)能降耗，也有利于帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)和停車(chē)。

2 系統(tǒng)優(yōu)化的工程實(shí)例

在銅礦峪選礦廠改造中，因原有“中細(xì)碎廠房”和“閉路篩分廠房”之間的距離不允許變化，同時(shí)連接兩廠房的帶式輸送機(jī)的皮帶寬度、傾角、凹弧半徑、廊寬及單機(jī)驅(qū)動(dòng)方式等均不允許變化的前提下，將現(xiàn)No.38帶式輸送機(jī)的輸送能力由1000 t/h增加至3041 t/h，要達(dá)到此目的，必須在現(xiàn)有設(shè)計(jì)手冊(cè)與規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行組合優(yōu)化和創(chuàng)新。

2.1 主要部件優(yōu)化

(1)根據(jù)選礦廠以及筆者的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)傳動(dòng)滾筒、改向滾筒、托輥組、導(dǎo)料槽進(jìn)行了選型優(yōu)化；

(2)對(duì)頭部漏斗進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)，減輕了物料的沖擊和磨損；

(3)對(duì)卸料小車(chē)及其支架進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)，對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化，使其滿足大運(yùn)輸量和高帶速(3.15 m/s)的使用要求。

2.2 凹弧曲率半徑

若采用常規(guī)設(shè)計(jì)，凹弧曲率半徑至少需要448 m才能平穩(wěn)啟動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)在原有160 m凹弧曲率半徑的基礎(chǔ)上也能空載啟動(dòng)不飄帶的目標(biāo)，在以下方面進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)：

(1)采用變頻器進(jìn)行軟起，控制啟動(dòng)及停車(chē)的加速度，選擇合理的啟動(dòng)速度曲線[7]，將膠帶動(dòng)態(tài)張力降至最低限度，使輸送機(jī)啟動(dòng)更加平穩(wěn)；

(2)采用壓輪輔助平穩(wěn)啟動(dòng)。

2.3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化

(1)輸送帶速?gòu)?.0 m/s提高至3.15 m/s；

(2)由于電機(jī)安裝空間限制，只允許單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，突破設(shè)計(jì)手冊(cè)中最大單機(jī)驅(qū)動(dòng)功率315 kW的限制，創(chuàng)新采用非標(biāo)驅(qū)動(dòng)組合，單機(jī)功率為500 kW；

(3)采用變頻器+變頻電機(jī)+減速器的驅(qū)動(dòng)方式，既可適應(yīng)運(yùn)輸量的波動(dòng)，還可節(jié)能降耗；

(4)采用進(jìn)口的弗蘭德B3SH14減速器。

經(jīng)多方調(diào)研和詳細(xì)計(jì)算，對(duì)水平長(zhǎng)度192.9 m、提升高度23.3 m、運(yùn)輸能力3041 t/h的帶式輸送機(jī)，在帶寬(B=1400 mm)、廊寬(4000 mm)、傾角(16.5°)、凹弧曲率半徑(160 m)不變的前提下，設(shè)計(jì)采用500 kW異步電機(jī)單機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)、3.15 m/s帶速的重型卸料車(chē)、壓輪輔助平穩(wěn)啟動(dòng)等多處組合優(yōu)化設(shè)計(jì)，在遵循安全規(guī)范的前提下圓滿完成了改造任務(wù)[8]，至今整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行良好。該項(xiàng)目獲得2013年度部級(jí)優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)。

3 結(jié)論

設(shè)計(jì)手冊(cè)及規(guī)范只是對(duì)帶式輸送機(jī)選型中的普遍性?xún)?nèi)容進(jìn)行了規(guī)范和指導(dǎo)，而具體使用場(chǎng)合的不同必然要對(duì)此進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新。掌握設(shè)計(jì)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)就顯得至關(guān)重要，而非標(biāo)設(shè)計(jì)是優(yōu)化和創(chuàng)新的基礎(chǔ)。

由于選礦廠輸送物料的特殊性以及工作環(huán)境的差異性，每條帶式輸送機(jī)的部件選型和系統(tǒng)設(shè)計(jì)也不同，部件選型和系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接影響著整機(jī)的運(yùn)行狀況和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在整機(jī)設(shè)計(jì)和使用中占有舉足輕重的地位。

[1] 北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所.DTⅡ(A)型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2003.

[2] 中國(guó)煤炭建設(shè)協(xié)會(huì).GB 50431—2008帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)規(guī)范[M].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2008.

[3] 張瑞平.帶式輸送機(jī)托輥對(duì)整機(jī)運(yùn)行的影響分析[J].礦業(yè)快報(bào),2006，(3)：59-60.

[4] 賀克讓?zhuān)跣ィf(wàn)江.帶式輸送機(jī)滾筒卸料軌跡的理論與設(shè)計(jì)[J].煤礦設(shè)計(jì),2000,(10)：23-25.

[5] 宋鳳蓮,巫世晶,吳慶鳴.帶式輸送機(jī)頭部滾筒卸料運(yùn)動(dòng)軌跡方程的研究[J].水力電力機(jī)械，2002，24(2)：48-56.

[6] 《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》編輯委員會(huì).運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004：8-9.

[7] 楊林.大型帶式輸送機(jī)調(diào)速的必要性[J].煤炭工程，2002，(10)：19-21.

[8] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB 18152—2000選礦安全規(guī)程[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

System Optimization and Components Selection of Belt Conveyor in Concentration Plant

XIA Zi-fa， TANG Guang-qun

(Mine Department, China ENFI Engineering Corporation, Beijing 100038, China)

This paper analyses and summarizes the optimization method of the components selection and the system design, discusses the project example and design experiences, based on the characteristics of the belt conveyor in concentrator and universal problems existing in design.

concentration plant； belt conveyor； components selection； system optimization

2013-09-06

夏自發(fā)(1981-)，男，湖南瀏陽(yáng)人，工程師，工學(xué)碩士，主要從事礦山設(shè)計(jì)工作。

唐廣群(1968-)，男，內(nèi)蒙古寧城人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事選礦咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)工作，現(xiàn)任中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司選礦室主任。

TH222

B

1003-8884(2014)01-0054-03