長(zhǎng)距離膠帶機(jī)在水電工程砂石料系統(tǒng)工程中的應(yīng)用

唐 瑞

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,西安 710065)

文章編號(hào)：1006—2610(2015)04—0055—04

長(zhǎng)距離膠帶機(jī)在水電工程砂石料系統(tǒng)工程中的應(yīng)用

唐 瑞

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,西安 710065)

文章從長(zhǎng)距離膠帶機(jī)的設(shè)計(jì)、施工要求及在國(guó)內(nèi)外各個(gè)工地的砂石料生產(chǎn)中的應(yīng)用等方面，對(duì)長(zhǎng)距離膠帶機(jī)的使用進(jìn)行綜合性比較，論證了長(zhǎng)距離膠機(jī)在水電工程中應(yīng)用的推廣意義。

長(zhǎng)距離膠帶機(jī)；砂石料系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；施工；案例；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

0 前 言

隨著20世紀(jì)90年代以三峽工程為代表的特大及大型水電站的建設(shè)以來(lái)，中國(guó)水電事業(yè)正以突飛猛進(jìn)的速度發(fā)展，人們對(duì)砂石料工程運(yùn)輸設(shè)備的選擇更為全面、精細(xì)、合理。長(zhǎng)距離膠帶機(jī)在水電行業(yè)中的應(yīng)用，將電站與料場(chǎng)地址的選擇變得更加靈活和廣闊。

長(zhǎng)距離膠帶機(jī)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)是：① 速度快、運(yùn)行效率高；② 對(duì)場(chǎng)地地質(zhì)條件適宜廣，產(chǎn)生的動(dòng)載荷對(duì)地基擾動(dòng)性幾乎可以忽略；③ 較多條輸送機(jī)搭接所需的功率小、維護(hù)成本低，但設(shè)備一次性投入較大。這些特點(diǎn)能滿足大型砂石系統(tǒng)工程施工要求。

1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

長(zhǎng)距離膠帶機(jī)具有輸送能力強(qiáng)、運(yùn)輸量大、節(jié)能環(huán)保、比汽車(chē)運(yùn)輸費(fèi)用低等特點(diǎn)。目前在水電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，并都獲得成功。本文以向家壩水電站長(zhǎng)距離骨料輸送線為例，對(duì)兩方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。

向家壩水電站是金沙江梯級(jí)開(kāi)發(fā)的最后一級(jí)電站，為混凝土重力擋水壩。太平料場(chǎng)和馬延坡砂石加工系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱砂石系統(tǒng))由太平料場(chǎng)開(kāi)采區(qū)、大灣口半成品加工區(qū)、馬延坡成品加工區(qū)以及長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)運(yùn)輸線(兩者之間長(zhǎng)31.1 km)4部分組成。太平料場(chǎng)位于庫(kù)區(qū)右岸綏江縣新灘溪溝內(nèi)大灣口附近，距壩址公路里程約59 km，直線距離約30 km。

主體工程混凝土平均澆筑強(qiáng)度為34.01萬(wàn)m3/月，計(jì)入月不均衡系數(shù)1.2后，混凝土高峰月澆筑強(qiáng)度為40.81萬(wàn)m3/月。砂石系統(tǒng)主要擔(dān)負(fù)主體工程約1 220萬(wàn)m3混凝土所需骨料的供應(yīng)任務(wù)，共需生產(chǎn)混凝土骨料2 684萬(wàn)t[1]。

由于本工程砂石料運(yùn)輸強(qiáng)度高，太平料場(chǎng)距壩址公路運(yùn)距遠(yuǎn)(里程約59 km，其中有15 km為地方簡(jiǎn)易公路，另有44 km為四級(jí)公路)，直線距離相對(duì)較近(約30 km)，并且地勢(shì)上存在約460 m的天然落差。

根據(jù)周?chē)h(huán)境及地形特點(diǎn)，半成品物料擬采用2種運(yùn)輸方式。方案1：采用長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)運(yùn)輸半成品料至壩區(qū)馬延坡砂石加工系統(tǒng)。輸送線為單線布置，設(shè)計(jì)輸送能力3 000 t/h，由5條帶寬為1 200 mm的長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)組成，輸送線總長(zhǎng)約31.1 km。方案2：采用汽車(chē)運(yùn)輸半成品料至壩區(qū)馬延坡砂石加工系統(tǒng)。由于現(xiàn)有的44 km四級(jí)公路為水富縣至綏江縣的唯一交通道路，地方車(chē)輛眾多，需重新修建1條至少59 km高線二級(jí)公路。兩方案的運(yùn)輸費(fèi)用見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)距離膠帶機(jī)運(yùn)輸與汽車(chē)運(yùn)輸費(fèi)用比較表

缺點(diǎn)：方案1主要存在設(shè)備費(fèi)用一次性投入較大；方案2主要存在運(yùn)距遠(yuǎn)、前期對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)運(yùn)輸干擾大且運(yùn)輸保證性偏差、運(yùn)輸車(chē)輛投入多等。

砂石系統(tǒng)輸送半成品骨料量2 680萬(wàn)t。采用長(zhǎng)距離膠帶機(jī)運(yùn)輸，不考慮設(shè)備殘值回收，其總價(jià)為62 869萬(wàn)元；采用自卸汽車(chē)運(yùn)輸，新建公路方案土建費(fèi)用不考慮，其總價(jià)為126 496萬(wàn)元。方案1比方案2的總價(jià)節(jié)約126496-62869=66627萬(wàn)元。

綜合以上各因素，對(duì)于大型、特大型砂石系統(tǒng)，采用長(zhǎng)距離膠帶機(jī)運(yùn)輸優(yōu)于汽車(chē)運(yùn)輸方式。

2 長(zhǎng)距離膠帶機(jī)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)距離膠帶機(jī)設(shè)計(jì)包括：托輥組導(dǎo)來(lái)摩擦系數(shù)、轉(zhuǎn)彎半徑的確定；轉(zhuǎn)彎托輥組結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)彎的措施。

2.1 托輥組導(dǎo)來(lái)摩擦系數(shù)

按3節(jié)槽形托輥組計(jì)算托輥組導(dǎo)來(lái)摩擦系數(shù)，根據(jù)工況選擇合理的槽角與抬高角度，計(jì)算摩擦系數(shù)μ0[2]：

(1)

式中：γ為承載段托輥內(nèi)側(cè)抬高角；μ為托輥與膠帶之間摩擦系數(shù)；φ0為槽角；K1、K2、K3為托輥上的載荷分配系數(shù)。

2.2 轉(zhuǎn)彎半徑

轉(zhuǎn)彎半徑的計(jì)算與導(dǎo)來(lái)摩擦系數(shù)、轉(zhuǎn)彎段張力值、膠帶強(qiáng)度、運(yùn)行阻力系數(shù)、轉(zhuǎn)彎角度等有直接關(guān)系。在條件允許的情況下轉(zhuǎn)彎半徑越大越好，通常轉(zhuǎn)彎半徑是有限的，如果3節(jié)托輥組無(wú)法滿足較小轉(zhuǎn)彎半徑，就要用4節(jié)托輥組來(lái)實(shí)現(xiàn)。

計(jì)算公式如下[3]：

(2)

式中：Sy為沿輸送帶運(yùn)行方向直線段與曲線段相遇點(diǎn)輸送帶的張力，N；qt′為承載分支轉(zhuǎn)彎處托輥旋轉(zhuǎn)部分線質(zhì)量;μ0為導(dǎo)來(lái)摩擦系數(shù);ω′為承載分支托輥與輸送帶沿托輥運(yùn)行阻力系數(shù);R為滿足力學(xué)條件的最小轉(zhuǎn)彎半徑;qd為輸送帶的線質(zhì)量;θ為轉(zhuǎn)彎角度。

2.3 轉(zhuǎn)彎托輥組結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)彎段托輥組的結(jié)構(gòu)與膠帶能否正常轉(zhuǎn)彎有著直接關(guān)系。首先不能出現(xiàn)跑偏、撒料、撕帶等現(xiàn)象，其次要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)性好。通常膠帶機(jī)直線段采用35°槽形托輥，轉(zhuǎn)彎段托輥組可選用3節(jié)45°槽形托輥來(lái)實(shí)現(xiàn)平面轉(zhuǎn)彎，槽形托輥安裝孔設(shè)計(jì)成前后可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，在邊支柱上設(shè)計(jì)擋偏裝置防止膠帶跑偏。

2.4 驅(qū)動(dòng)方案

針對(duì)長(zhǎng)距離輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方案配置采用高壓電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、液體黏性軟啟動(dòng)裝置、減速器、柔性聯(lián)軸器、滾筒的配置方式。該方案成本低，安全可靠。電動(dòng)機(jī)、軟啟動(dòng)裝置、減速器直接安裝在驅(qū)動(dòng)底座上，軟啟動(dòng)裝置通過(guò)聯(lián)軸器分別與電動(dòng)機(jī)、減速器軸相連。

2.5 制動(dòng)方案

長(zhǎng)距離膠帶機(jī)慣性力很大，因此都必須配置可靠的制動(dòng)器來(lái)保證輸送機(jī)安全可靠的平穩(wěn)停車(chē)。制動(dòng)器主要技術(shù)性能要求：① 使帶式輸送機(jī)停車(chē)減速度保持在0.05～0.3 m/s2范圍內(nèi)；② 最大制動(dòng)力矩整定方便；③ 控制或拖動(dòng)系統(tǒng)突然斷電或保護(hù)停車(chē)指令發(fā)出時(shí)，能可靠制動(dòng)直至平穩(wěn)停車(chē)；④ 制動(dòng)<10次/h，制動(dòng)盤(pán)表面溫度小于150 ℃；⑤ 具有先進(jìn)、可靠的超速、打滑檢測(cè)及保護(hù)功能；⑥ 液壓系統(tǒng)調(diào)試、安裝方便，工作可靠性高。

2.6 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的措施

長(zhǎng)距離膠帶機(jī)的轉(zhuǎn)彎是靠托輥組的內(nèi)曲線抬高來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以直接抬高托輥組，也可以抬高中間架或抬高支腿等。采用抬高內(nèi)側(cè)支腿使皮帶機(jī)平面轉(zhuǎn)彎，應(yīng)用較多。

3 長(zhǎng)距離膠帶機(jī)安裝

長(zhǎng)距離膠帶機(jī)安裝有：主要施工設(shè)備配置；設(shè)備安裝主控項(xiàng)目的檢查、調(diào)試、驗(yàn)收、聯(lián)動(dòng)試運(yùn)行[4]。

3.1 主要施工設(shè)備配置

長(zhǎng)距離膠帶機(jī)主要施工設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 長(zhǎng)距離膠帶機(jī)主要施工設(shè)備表

3.2 安裝主控項(xiàng)目

皮帶機(jī)安裝質(zhì)量直接影響皮帶的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與安全生產(chǎn)。因此為確保帶式輸送設(shè)備安裝工程的質(zhì)量，確保設(shè)備安全運(yùn)行，必須按規(guī)范[5]進(jìn)行安裝。

3.2.1 輸送設(shè)備安裝工程施工前的檢查要求

機(jī)電設(shè)備無(wú)變形、損傷和銹蝕，包裝良好，鋼絲繩不得有銹蝕、損傷、彎折、打環(huán)、扭結(jié)、裂嘴和松散現(xiàn)象；

設(shè)備就位前，按施工圖和有關(guān)基礎(chǔ)、支承建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)資料，確定輸送主要設(shè)備的縱、橫向中心線和基準(zhǔn)標(biāo)高點(diǎn)，作為設(shè)備安裝的基準(zhǔn)。

3.2.2 驅(qū)動(dòng)部分、安裝用控制點(diǎn)位置、安裝精度

(1) 驅(qū)動(dòng)部分安裝

驅(qū)動(dòng)裝置安裝順序：驅(qū)動(dòng)架→電動(dòng)機(jī)、CST→檢測(cè)電機(jī)、CST軸同心度，作記錄→聯(lián)軸器→安全罩→螺栓緊固。

安裝注意事項(xiàng)：① 電機(jī)、CST的地腳螺栓開(kāi)始安裝時(shí)不要緊定，留有調(diào)節(jié)余地；② 安裝完畢，經(jīng)檢測(cè)，均達(dá)到安裝精度后，將所有螺栓、頂絲最終固緊。

(2) 安裝用控制點(diǎn)位置

安裝使用的基準(zhǔn)線，應(yīng)能控制設(shè)備的安裝尺寸和安裝精度。設(shè)置安裝基準(zhǔn)線用的基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)牢固、可靠、便于使用，并應(yīng)保留到安裝驗(yàn)收合格后。

安裝檢測(cè)必須使用達(dá)到精度要求、并經(jīng)國(guó)家計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)檢定合格的儀器設(shè)備。在安裝工作中使用的所有材料，應(yīng)有產(chǎn)品質(zhì)量證明書(shū)，并應(yīng)符合施工圖紙和國(guó)家有關(guān)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。

(3) 安裝精度要求

托輥輥?zhàn)由媳砻鎽?yīng)位于同一平面上或者在相同半徑的弧面上。其相鄰3組托輥輥?zhàn)由媳砻娴母叩筒畈坏贸^(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范[5]。

機(jī)架中心線對(duì)輸送機(jī)縱向中心線的同度誤差、輸送架中心直線度應(yīng)符合文獻(xiàn)[5]要求，并保證任意25 m長(zhǎng)度內(nèi)直線度為5 mm。垂直于滾筒機(jī)架縱向中心線的平面內(nèi)，機(jī)架橫截面兩對(duì)角線長(zhǎng)度之差，不大于兩對(duì)角線長(zhǎng)度平均值的3‰；直線段中間架的寬度允許偏差為±1.5 mm，高低差不大于間距的2‰；

3.2.3 軌道敷設(shè)要求

鋼軌敷設(shè)前，按其制造標(biāo)準(zhǔn)檢查直線度、扭曲和端面質(zhì)量，合格后方可敷設(shè)；固定鋼軌用的壓板、螺栓等緊固件，其安裝位置正確，并與軌道密切貼合、切實(shí)鎖緊。

軌道中心線與輸送機(jī)縱向中心線重合，其偏差不大于2 mm。

軌道的接頭間隙不大于2 mm，接頭處工作面的高低差不大于0.5 mm，左右偏移不大于1 mm；軌距的允許偏差為±2 mm；軌道直線度每米不大于2 mm，在25 m長(zhǎng)度內(nèi)不大于5 mm；全長(zhǎng)不大于15 mm。

3.2.4 輸送帶的連接

輸送帶的連接通常采用的是硫化連接，連接后的膠帶應(yīng)平直，主要控制參數(shù)指標(biāo)：任意段膠帶上測(cè)量10 m處，其長(zhǎng)度直線度偏差不大于20 mm。

(1) 作業(yè)平臺(tái)與硫化熱板為同一平面原則搭設(shè)。將兩端膠帶重疊在硫化熱板上，在兩端膠帶上劃出中心線。

(2) 鋼絲切除在剝離后的兩面做出加工尺寸線，離余量側(cè) 25 mm位置開(kāi)始沿鋼絲間的橡膠切除，用溶劑擦拭鋼絲。

(3) 蓋膠。上側(cè)膠順序：緩沖膠→芯膠→覆蓋膠；下側(cè)膠順序：覆蓋膠→芯膠→緩沖膠→邊膠。將下側(cè)成型好的覆蓋膠貼于兩端加工部位的覆蓋膠上；緩沖膠，在成型好的下蓋膠上從中間向兩邊排列直線性鋼絲，邊排邊貼充填膠。邊膠：排列好的鋼絲兩側(cè)貼上邊膠，邊膠稍寬于膠帶寬度排。

(4) 硫化：在膠接部?jī)蓚?cè)放上壓條，壓條厚度應(yīng)比本體膠帶薄0.5～1 mm；將墊布放入整個(gè)加工面，再將硫化機(jī)壓桿均勻、一致緊固組裝；控制力的變化、升溫及硫化時(shí)間；硫化后冷卻至120 ℃以下時(shí)，方可卸壓。注意：硫化機(jī)長(zhǎng)度與膠接部相比，必須有 300 mm以上的余量，對(duì)膠接部必須一次硫化成功[6]。

4 工程應(yīng)用

4.1 龍灘水電站

龍灘水電站大壩工程混凝土骨料采用長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)輸送，在中國(guó)水電行業(yè)首次采用[7]。帶式輸送機(jī)起點(diǎn)位于大法坪砂石加工系統(tǒng)，終點(diǎn)位于大壩混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，全長(zhǎng)4 km，設(shè)計(jì)輸送能力3 000 t/h, 帶寬1 200 mm，帶速4.0 m/s，驅(qū)動(dòng)功率3×560 kW。

4.2 錦屏二級(jí)水電站

錦屏二級(jí)水電站隧洞開(kāi)挖料采用長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)運(yùn)輸至模薩溝棄碴場(chǎng)，輸送線起點(diǎn)位于東引2號(hào)施工支洞與1號(hào)引水隧洞交點(diǎn)，終點(diǎn)位于模薩溝棄碴場(chǎng)高程1 600 m的末端，全長(zhǎng)約5.8 km，設(shè)計(jì)輸送能力2×2 800 t/h，采用雙線上、下層布置，帶寬1 400 mm，帶速3.15 m/s，總落差為-135 m[8]。

4.3 龍開(kāi)口水電站

龍開(kāi)口水電站主體工程混凝土骨料采用長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)輸送，在中國(guó)水電行業(yè)首次采用水平轉(zhuǎn)彎布置方案[9]。輸送機(jī)起點(diǎn)位于燕子崖砂石加工系統(tǒng)，終點(diǎn)位于壩區(qū)轉(zhuǎn)料堆，全長(zhǎng)約6.0 km，設(shè)計(jì)輸送能力2 500 t/h，帶寬1 200 mm，帶速4.0 m/s，總落差為-130 m，輸送總量約770萬(wàn)t。

4.4 向家壩水電站

向家壩長(zhǎng)距離骨料輸送線，負(fù)責(zé)輸送大壩主體混凝土用半成品骨料的任務(wù)。由5條長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)組成，總長(zhǎng)約31.1 km，跨越云南省水富、綏江兩縣，是目前世界上投入運(yùn)行最長(zhǎng)的膠帶機(jī)輸送線之一。輸送線主要布置在隧洞內(nèi)(洞線穿越高山、溪溝)，隧洞共分為9段，總長(zhǎng)約29.3 km，主洞斷面凈空尺寸為：5 m(寬)×4 m(高)。輸送能力為3 000 t/h，帶寬1 200 mm，帶速4.0 m/s，總落差為-458 m，總裝機(jī)功率約為10 350 kW[10]。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜合考慮長(zhǎng)距離膠帶機(jī)的應(yīng)用，有設(shè)計(jì)技術(shù)成熟、施工節(jié)能環(huán)保、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)；較其他運(yùn)輸方式比較，有運(yùn)輸安全、環(huán)保，故障率低、維護(hù)成本小、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；但存在長(zhǎng)距離膠帶機(jī)一次性資金投入較大的缺點(diǎn)。在中國(guó)大型水電站中因長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)不受地質(zhì)條件影響，產(chǎn)生的動(dòng)載荷對(duì)地基擾動(dòng)性幾乎可以忽略的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越被工程所接受，特別是在大型水電站工程中，能解決大運(yùn)輸量、長(zhǎng)距離的混凝土所需骨料運(yùn)輸任務(wù)。其成功的應(yīng)用案例顯現(xiàn)長(zhǎng)距離膠帶機(jī)在水電工程砂石料系統(tǒng)工程中的應(yīng)用、研究、推廣的意義。

[1] 宋立新.向家壩水電站太平料場(chǎng)和馬延坡砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介[C]//第二屆砂石生產(chǎn)技術(shù)交流會(huì)論文集,2008:53-62.

[2] GB/T17119-1997,連續(xù)搬運(yùn)設(shè)備帶承載托輥的帶式輸送機(jī)運(yùn)行功率和張力的計(jì)算[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

[3] 張鉞.新型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2003:2-3.

[4] 董婷,唐瑞.帶式輸送機(jī)安裝簡(jiǎn)述[J].西北水電，2013,(5):53-54.

[5] GB50270-2010,輸送設(shè)備安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

[6] 汪建軍,劉靖彪,鄭磊.向家壩水電站骨料輸送線安裝、調(diào)試及運(yùn)行管理研究[C]//第二屆砂石生產(chǎn)技術(shù)交流會(huì)論文集,2008:154-162.

[7] 龔德宏.龍灘水電站長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)研究[J].建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理,2006,(11):74-77.

[8] 楊勝軍,向松.錦屏二級(jí)水電站帶式輸送系統(tǒng)皮帶橋梁安裝施工[C]//第三屆水電工程施工系統(tǒng)專題交流會(huì)論文集,2010:51-58.

[9] 趙明華.大運(yùn)量、多弧段、長(zhǎng)膠帶機(jī)輸送系統(tǒng)在龍開(kāi)口工程中的應(yīng)用[C]//第三屆水電工程施工系統(tǒng)專題交流會(huì)論文集，2010:97-105.

[10] 阮光華.我國(guó)水電工程施工運(yùn)輸系統(tǒng)和砂石加工技術(shù)發(fā)展[C]//第三屆水電工程施工系統(tǒng)專題交流會(huì)論文集,2010:1-7.

Application of Long-distance Rubber Belt Conveyor in Aggregate & Sand Processing System of Hydropower Projects

TANG Rui

(Northwest Engineering Co., Ltd., Xi'an 710065, China)

Application of the long-distance rubber belt conveyor is comprehensively compared, and the development significance of the conveyor in the hydropower projects is demonstrated in terms of its design, construction requirements and its applications in the aggregate & sand processing operation on the hydropower projects site both at home and abroad. Key words: long-distance rubber belt conveyor; aggregate & sand processing system; design; construction, case; economic indicator

2015-03-13

唐瑞(1979- )，男，四川省蓬安縣人，工程師，主要從事水利水電工程施工設(shè)計(jì)工作.

TV548

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.014