圓管帶式輸送機(jī)管狀輸送帶扭轉(zhuǎn)分析

胡海君

(太原向明智能裝備股份有限公司，山西 太原 030032)

0 引言

隨著我國對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，圓管帶式輸送機(jī)作為一種在整個(gè)輸送線路中實(shí)現(xiàn)對(duì)物料密閉輸送的散料清潔輸送裝備[1,2]，已被廣泛應(yīng)用于煤礦、冶金、礦山、電力等行業(yè)中。在生產(chǎn)中，其故障排除與日常維護(hù)作為保證圓管帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行的必要措施，也顯得尤為重要。

圓管帶式輸送機(jī)是由呈六邊形或多邊形布置的托輥組將輸送帶強(qiáng)制卷成圓管狀進(jìn)行物料輸送的裝置[3]，因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定管狀輸送帶在運(yùn)行過程中不會(huì)產(chǎn)生跑偏的現(xiàn)象，從而減少了維護(hù)費(fèi)用，但是允許管狀輸送帶在滿足正常運(yùn)行的條件下產(chǎn)生一定范圍的扭轉(zhuǎn)。在圓管帶式輸送機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，只要日常維護(hù)與關(guān)鍵點(diǎn)巡檢到位，管狀輸送帶就不會(huì)發(fā)生大角度扭轉(zhuǎn)的事故和造成重大損失。本文通過對(duì)兩例圓管帶式輸送機(jī)管狀輸送帶扭轉(zhuǎn)重大事故實(shí)例進(jìn)行分析，并針對(duì)事故原因提出預(yù)防管狀輸送帶扭轉(zhuǎn)的合理建議，希望能為圓管帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)維提供一些參考。

1 事故案例

1.1 案例1

某圓管帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。該項(xiàng)目機(jī)身桁架大部分在山區(qū)中，經(jīng)過林場(chǎng)、農(nóng)田、丘陵，線路較為復(fù)雜。其特點(diǎn)為：卸載部直線段長度僅為73.5 m，距機(jī)頭約1 400 m范圍內(nèi)有7處立面轉(zhuǎn)彎、6處平面轉(zhuǎn)彎及5處立體轉(zhuǎn)彎，71.4%的立體轉(zhuǎn)彎都處于此高張力區(qū)內(nèi)。

表1 案例1圓管帶式輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)

該項(xiàng)目于2014年5月正式投入運(yùn)行，在初期遇到惡劣天氣情況(主要是暴雨)時(shí)，管狀輸送帶偶有小幅度扭轉(zhuǎn)發(fā)生，都及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行了糾正，未影響正常生產(chǎn)，運(yùn)行基本正常。

2017年7月，該機(jī)發(fā)生了一次重大管狀輸送帶扭轉(zhuǎn)事故，造成停產(chǎn)一周以上，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)100萬元以上。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看發(fā)現(xiàn)：

(1) 一處管狀輸送帶接頭明顯損壞，出現(xiàn)了縮管現(xiàn)象，且已繞過機(jī)頭傳動(dòng)部與張緊部進(jìn)入了下輸送帶成管段內(nèi)。

(2) 上輸送帶全線反包，自機(jī)尾開始發(fā)生膠帶扭轉(zhuǎn)。管狀輸送帶承載段距機(jī)尾約2 800 m處扭轉(zhuǎn)+2 520°共7圈(沿膠帶運(yùn)行，逆時(shí)針為正，下同)；管狀輸送帶承載段距機(jī)尾約3 950 m處扭轉(zhuǎn)-2 880°共8圈(沿膠帶運(yùn)行，順時(shí)針為負(fù)，下同)，中間部分為正反扭轉(zhuǎn)交匯。

(3) 由于扭轉(zhuǎn)嚴(yán)重，承載段管狀輸送帶展開段的撐帶托輥組已無法保證輸送帶正常打開，導(dǎo)致無法開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

(4) 回程段管狀輸送帶全線為正常運(yùn)行狀態(tài)，未發(fā)生扭轉(zhuǎn)與反包。

1.2 案例2

某圓管帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。該項(xiàng)目布置在山區(qū)，設(shè)備安裝在封閉通廓內(nèi)，冬季有供暖措施，非露天工作環(huán)境。其特點(diǎn)為：頭部雙滾筒雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)頭垂直重錘拉緊；自機(jī)尾開始在-3.75°坡段長度約123 m處為第一處凹弧段起點(diǎn)；距卸載部約236 m處為最后一處凹弧段終點(diǎn)，也是整機(jī)線路最大傾角24°起點(diǎn)。

表2 案例2圓管帶式輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)

該機(jī)于2018年4月正式投入運(yùn)行。由于線路布置原因機(jī)頭處始終處于拉緊狀態(tài)，管狀輸送帶在機(jī)尾凹弧處始終處于松弛狀態(tài)，承載段張口嚴(yán)重，不能滿足垂度要求，膠帶在運(yùn)行到機(jī)尾處時(shí)抖動(dòng)嚴(yán)重。

在2020年7月26日發(fā)生一次管狀輸送帶疊帶、反包及扭轉(zhuǎn)重大事故。此次事故導(dǎo)致圓管帶式輸送機(jī)停運(yùn)5天，各項(xiàng)損失較大。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看發(fā)現(xiàn)：

(1) 管狀輸送帶在機(jī)頭過渡段不能正常展開，如圖1所示；疊帶翻轉(zhuǎn)180°后繞過傳動(dòng)滾筒，如圖2所示，對(duì)輸送帶造成一定損傷。

圖1 非正常展開過渡段 圖2 疊帶180°繞過傳動(dòng)滾筒

(2) 圓管帶式輸送機(jī)全線有兩處反包，第一處距機(jī)尾約100 m開始反包，長度約200 m后正常；第二處距機(jī)尾約880 m開始反包，長度約50 m后正常。

(3) 管狀輸送帶承載段自機(jī)頭開始扭轉(zhuǎn)，最大為-720°；自機(jī)尾開始扭轉(zhuǎn)，最大約200°，輸送帶邊緣有一定損傷。

(4) 由于扭轉(zhuǎn)嚴(yán)重，承載段管狀輸送帶展開段的撐帶托輥組已無法保證膠帶正常打開，導(dǎo)致無法開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 原因分析

上述兩個(gè)案例都是常見的六托輥結(jié)構(gòu)，單向輸送物料，成管后輸送帶狀態(tài)如圖3所示。管狀輸送帶回程段搭接處位于回程段圓管狀最下部，斷面重心位置偏下，因此管狀輸送帶位置狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，不易發(fā)生扭轉(zhuǎn)；管狀輸送帶承載段搭接處位于承載段圓管狀最上部，在空載時(shí)重心位置偏上，搭接處位置狀態(tài)不易保持穩(wěn)定，因此扭轉(zhuǎn)多發(fā)生在空載狀態(tài)下管狀輸送帶承載段；當(dāng)帶載后，管狀輸送帶承載段搭接處相對(duì)位置較穩(wěn)定，上述案例也證明了此觀點(diǎn)。

圖3 六托輥組輸送帶成管狀態(tài)

當(dāng)圓管帶式輸送機(jī)專用輸送帶穿入設(shè)備后需對(duì)其相對(duì)位置狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，主要是利用PSK托輥?zhàn)饔糜谳斔蛶У某尚瘟?、托輥與輸送帶之間產(chǎn)生的摩擦力使其相對(duì)位置狀態(tài)保持平衡而不動(dòng)。如遇特殊天氣(如暴雨、大雪等)原因?qū)е峦休伵c輸送帶的摩擦力降低、輸送帶橫向剛度變化等打破這種平衡狀態(tài)時(shí)就會(huì)導(dǎo)致管狀輸送帶發(fā)生扭轉(zhuǎn)，這也是野外布置的圓管帶式輸送機(jī)容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的主要原因之一。

2.1 案例1事故原因分析

(1) 本次事故主要是由于管狀輸送帶接頭損壞、縮管變形、輸送帶邊緣缺口或撕裂導(dǎo)致在機(jī)尾成管入口處受力發(fā)生變化產(chǎn)生反包，輸送帶搭接口反包是正反扭發(fā)生的主要原因。

(2) 由于機(jī)尾工作人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸送帶反包，而圓管帶式輸送機(jī)一直以額定帶速運(yùn)行，且70%以上的立體轉(zhuǎn)彎都處于距機(jī)頭約1 400 m高張力區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致管狀輸送帶承載段運(yùn)行至此區(qū)域內(nèi)扭轉(zhuǎn)幅度急劇增加。

(3) 卸載部直線段長度僅為73.5 m，管狀輸送帶承載段發(fā)生扭轉(zhuǎn)后可利用的有效調(diào)整距離太短，原撐帶托輥組失效導(dǎo)致無法正常開機(jī)。

2.2 案例2事故原因分析

(1) 由于機(jī)尾處輸送帶受力小，在管狀輸送帶承載段成管處形成搭接口反包是本次事故的直接原因。

(2) 加載不均勻、經(jīng)常輸送煤泥、物料粒度超過允許最大尺寸等是本次事故的主要原因。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查證，輸送煤泥時(shí)在靠近機(jī)頭凹弧處容易形成爆管，已發(fā)生過類似事故。

(3) 總體線路布置導(dǎo)致靠近機(jī)尾處上下輸送帶松弛并超過垂度要求，機(jī)尾過渡段輸送帶運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定是造成扭轉(zhuǎn)且無法整改的隱患。

上述兩個(gè)案例的共同點(diǎn)：都是由于在機(jī)尾成管段輸送帶搭接處發(fā)生反包、現(xiàn)場(chǎng)工作人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正而引起扭轉(zhuǎn)事故。在以上兩案例中，管狀輸送帶回程段全程未發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

張民翠等[4]對(duì)圓管帶式輸送機(jī)管狀輸送帶扭轉(zhuǎn)分析認(rèn)為：在穿帶時(shí)由于受力不勻使初期運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定、長時(shí)間運(yùn)行造成的機(jī)械或輸送帶磨損、制造或安裝精度不足、在曲線段輸送帶變形、輸送帶自身特性及加載不均勻等都會(huì)引起扭轉(zhuǎn)。

3 改進(jìn)

通過以上原因分析可知，線路的合理選擇、成管段壓帶托輥的合理布置、張緊力的合理計(jì)算等措施均可以減少管狀輸送帶扭轉(zhuǎn)事故的發(fā)生。

為有效避免圓管帶式輸送機(jī)管狀輸送帶扭轉(zhuǎn)事故的發(fā)生，提出如下建議：

(1) 總體線路合理選擇與布置是圓管帶式輸送機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，立面線路應(yīng)盡量平緩，轉(zhuǎn)彎半徑在條件允許的情況下盡量選大，盡最大努力避免立體轉(zhuǎn)彎段出現(xiàn)。

(2) 單向輸送的圓管帶式輸送機(jī)在機(jī)尾過渡段應(yīng)

設(shè)計(jì)合理的成管壓輥，保證輸送帶成管方向正確，確保不發(fā)生反包現(xiàn)象；機(jī)頭過渡段應(yīng)設(shè)計(jì)能使管狀輸送帶有效打開、防止疊帶的保護(hù)措施，各種形式的撐帶/壓帶托輥組仍是最基礎(chǔ)、有效的保證手段，其他電氣保護(hù)、視頻影像監(jiān)控等只能作為補(bǔ)充和輔助報(bào)警措施。如果為雙向輸送則管狀輸送帶回程段的成管與展開同樣關(guān)鍵。

(3) 加強(qiáng)日常維護(hù)及巡檢，機(jī)頭尾上下過渡段、輸送帶接頭質(zhì)量監(jiān)測(cè)與輸送帶邊緣破損檢查應(yīng)作為重點(diǎn)工作內(nèi)容。

(4) 處理扭轉(zhuǎn)及反包事故應(yīng)在低帶速下調(diào)整，防止事故擴(kuò)大或二次傷害產(chǎn)生。