長距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化

高廣恒 郭增彩 于 野

中交機(jī)電工程局有限公司

1 引言

帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的成本優(yōu)化是個(gè)綜合問題，其費(fèi)用主要包括初期投資和運(yùn)行費(fèi)用兩部分。在如何節(jié)約初期投資上已經(jīng)有了大量研究，這些研究主要集中在節(jié)約初期投資上，并未對(duì)如何節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行細(xì)致的研究。

輸送帶的運(yùn)行張力通過影響輸送機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)影響初期投資，其又作為損耗件影響運(yùn)行費(fèi)用；而驅(qū)動(dòng)裝置的功率決定了運(yùn)行費(fèi)用中的電能費(fèi)用。因此本文以輸送帶運(yùn)行張力和驅(qū)動(dòng)裝置裝機(jī)功率為主要研究對(duì)象，探索成本優(yōu)化方法。

2 設(shè)計(jì)方案研究

2.1 總體工藝布置

渤海新區(qū)內(nèi)的企業(yè)主要沿疏港公路兩側(cè)分布，疏港公路總體呈東北西南走向，且路由較為順直，為解決汽車運(yùn)輸帶來的交通擁堵、事故頻發(fā)、尾氣污染等問題，擬建設(shè)帶式輸送機(jī)管廊工程，將黃驊港散貨港區(qū)的礦粉、球團(tuán)礦、塊礦、煤等原燃料輸送至附近鋼鐵企業(yè)。系統(tǒng)采用直線帶式輸送機(jī)加轉(zhuǎn)接機(jī)房的工藝方案，根據(jù)用戶接駁位置和遠(yuǎn)期規(guī)劃設(shè)置轉(zhuǎn)接機(jī)房。

2.2 輸送機(jī)側(cè)型布置

本工程線路采用由3條帶式輸送機(jī)和2個(gè)轉(zhuǎn)接機(jī)房構(gòu)工藝方案。輸送機(jī)側(cè)型布置時(shí)，應(yīng)綜合考慮如下因素。

(1)滿足國家對(duì)公路、鐵路、河流、房屋建筑等的限界規(guī)定要求。

(2)考慮沿線地形條件，避開地質(zhì)條件惡劣地段，減少對(duì)耕地、當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、居民區(qū)、噪聲和振動(dòng)敏感區(qū)的影響。

(3)考慮工程施工、日常維護(hù)的難易程度。

(4)考慮降低工程造價(jià)和使用成本的需要。

(5)考慮系統(tǒng)的節(jié)能化、綠色化和可拓展化。

綜合上述因素，本工程采用全封閉廊道結(jié)構(gòu)，降低對(duì)工程沿線的噪聲、粉塵和城市景觀的影響，在與公路、鐵路等障礙物交叉時(shí)采用“先上后下，中間水平”的布置方式。

3 驅(qū)動(dòng)裝置與張緊力的設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 長距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的要求

驅(qū)動(dòng)裝置除須滿足帶式輸送機(jī)空載啟動(dòng)、正常運(yùn)行、滿載啟動(dòng)、正常停車、緊急制動(dòng)等工況下的使用要求之外，對(duì)于長距離帶式輸送機(jī)系統(tǒng)還應(yīng)通過合理選型，實(shí)現(xiàn)總裝機(jī)功率最小以節(jié)約設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用，膠帶最大張力最小以降低膠帶強(qiáng)度節(jié)約膠帶投資，并且具有良好的可控性以便于保證設(shè)備的正常運(yùn)行。

驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)包括：驅(qū)動(dòng)裝置的選型、滾筒的類型及數(shù)量、電機(jī)的類型及數(shù)量、制動(dòng)器和逆止器選型等。

3.2 驅(qū)動(dòng)裝置的類型選擇

與短距離、低帶速帶式輸送機(jī)相比，長距離、高帶速帶式輸送機(jī)的輸送帶粘彈性特征對(duì)輸送機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行和制動(dòng)的影響程度明顯加深，具體表現(xiàn)為橫向振動(dòng)、縱向振動(dòng)以及動(dòng)態(tài)張力波在膠帶中的傳播和疊加，造成輸送系統(tǒng)的不穩(wěn)定。根據(jù)輸送帶內(nèi)張力波的產(chǎn)生和傳播機(jī)理，通過控制起動(dòng)時(shí)間[1]、設(shè)計(jì)合理的驅(qū)動(dòng)起動(dòng)曲線[2]可以較好地限制輸送帶粘彈性對(duì)輸送機(jī)系統(tǒng)的影響范圍。現(xiàn)有的帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置可以分為變頻調(diào)速、液力耦合器傳動(dòng)、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速、液體粘性離合器傳動(dòng)、液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)和差動(dòng)變頻無極調(diào)速7類，經(jīng)比較，本工程采用變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)裝置。

3.3 驅(qū)動(dòng)裝置的功率分配

驅(qū)動(dòng)裝置和輸送帶作為帶式輸送機(jī)的重要部件，直接影響整機(jī)造價(jià)和使用成本，因此以本工程中總軸功率最大、長度最長的B03為研究對(duì)象，其總軸功率為3 125 kW，尋求最佳的驅(qū)動(dòng)裝置裝機(jī)功率和輸送帶規(guī)格及張緊配重組合。

以下計(jì)算基于逐點(diǎn)張力法，拉緊裝置位于輸送帶張力最小處，拉緊力按2倍的輸送帶張力計(jì)算。裝機(jī)功率根據(jù)某國際品牌690 V 4極變頻電機(jī)系列選擇。依據(jù)驅(qū)動(dòng)滾筒數(shù)量、功率分配、膠帶張緊力的不同，設(shè)置了13種配置方案進(jìn)行對(duì)比，參數(shù)比較結(jié)果見表1。

表1 帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)對(duì)比

依據(jù)計(jì)算所得參數(shù)，獲得輸送帶特征張力、裝機(jī)功率與功率分配關(guān)系的曲線(見圖1)。從圖中可以看出，由于受電機(jī)功率序列的影響，總裝機(jī)功率呈現(xiàn)小幅度波浪式浮動(dòng)；增加單機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒數(shù)量可以顯著降低輸送帶最大張力和拉緊力；采用4個(gè)驅(qū)動(dòng)滾筒布置時(shí)，隨著尾部驅(qū)動(dòng)滾筒功率占比總裝機(jī)功率的比值不斷增大，輸送帶最大張力和拉緊力均呈先下降后上升的趨勢；且當(dāng)尾部滾筒功率占比大于1∶1∶1∶0.4后輸送帶最大張力基本保持不變，但拉緊力呈現(xiàn)線性上升趨勢。

圖1 輸送帶特征張力&裝機(jī)功率與功率分配關(guān)系曲線

綜合考慮總裝機(jī)功率、輸送帶最大張力(輸送帶強(qiáng)度等級(jí))和拉緊力，最終選擇“功率占比”為0.6(即方案12)作為本工程最終驅(qū)動(dòng)裝置功率分配方案。按照年運(yùn)行4 000 h，電價(jià)1元/(kWh)計(jì)算，與常規(guī)等功率設(shè)計(jì)相比，本工程所采用的驅(qū)動(dòng)方案初步估算節(jié)約電能成本64萬元，僅張緊重錘一項(xiàng)就可節(jié)約25.8 t鋼材，且未考慮因?yàn)檩斔蛶埦o力降低帶來的頭部支架、尾部支架和轉(zhuǎn)接機(jī)房結(jié)構(gòu)等鋼材量消耗的減少，采用本驅(qū)動(dòng)方案獲得的經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 結(jié)語

本文以黃驊港帶式輸送機(jī)管廊工程為研究對(duì)象，詳細(xì)介紹了帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的總體工藝布置、輸送機(jī)側(cè)型布置、驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方法，以帶式輸送機(jī)的理論計(jì)算為根本，重點(diǎn)對(duì)設(shè)備投資及使用成本占比較大的輸送帶、驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行了選優(yōu)分析，達(dá)到了節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用的優(yōu)化效果，可為類似工程提供參考。