煤碼頭皮帶機(jī)提速后翻堆系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

周文政

河北港口集團(tuán)港口機(jī)械有限公司

1 引言

煤炭港口翻堆系統(tǒng)是制約碼頭吞吐量進(jìn)一步提升的瓶頸。針對(duì)此問(wèn)題，綜合考慮技術(shù)可行性、生產(chǎn)停機(jī)影響、改造成本、設(shè)備安全性能、環(huán)保功能等因素，通常會(huì)選擇對(duì)翻堆系統(tǒng)皮帶機(jī)進(jìn)行提速改造，以達(dá)到提高卸車效率的目的。皮帶機(jī)提速后，雖然能提高卸車效率，但會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)。

2 皮帶機(jī)提速后帶來(lái)的問(wèn)題

翻堆系統(tǒng)提速是指將皮帶機(jī)帶速由4 m/s提高到4.8 m/s，額定作業(yè)能力提高到4 800 t/h。皮帶機(jī)提速改造后帶來(lái)的問(wèn)題如下：

(1)打破了原上下游皮帶停機(jī)穩(wěn)定性，尤其是在上游皮帶較長(zhǎng)下游皮帶較短的情況，因制動(dòng)慣性，相對(duì)制動(dòng)距離差值隨著速度的提升而變大，遇到濕粘煤易造成轉(zhuǎn)接漏斗堵料[1]。

(2)頭部滾筒拋料軌跡更平直，落料沖擊點(diǎn)相對(duì)變高，提速后流量更大，原漏斗容積不一定能滿足物料通過(guò)性。

(3)翻堆系統(tǒng)堆料線重載啟動(dòng)時(shí)堆料機(jī)尾部發(fā)生嚴(yán)重疊帶現(xiàn)象，存在較大安全隱患。

3 解決方案

3.1 長(zhǎng)短皮帶重載停機(jī)制動(dòng)差引起堵料問(wèn)題解決方案

當(dāng)上下游皮帶長(zhǎng)度差距較大，滿載時(shí)長(zhǎng)皮帶慣性遠(yuǎn)大于短皮帶，但二者的制動(dòng)阻力差距較小。遇到故障重載停機(jī)時(shí)，下游短皮帶停止后，上游長(zhǎng)皮帶多運(yùn)轉(zhuǎn)幾秒，物料會(huì)堆積在轉(zhuǎn)接漏斗中進(jìn)行緩沖，而且一般不會(huì)觸發(fā)堵料限位；再次啟動(dòng)時(shí)，會(huì)先啟動(dòng)下游皮帶,將漏斗內(nèi)的物料帶走，然后再啟動(dòng)上游皮帶，達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)平衡。

提速改造后，因帶速提高20%，制動(dòng)阻力未發(fā)生改變，上下游皮帶制動(dòng)時(shí)間差進(jìn)一步增大，原有制動(dòng)平衡被打破。每次重載停機(jī)，漏斗內(nèi)緩沖物料會(huì)堆積到堵料開(kāi)關(guān)上方，尤其在濕粘煤情況下會(huì)壓實(shí)底層物料，物料與導(dǎo)料槽之間摩擦力急劇增大，造成皮帶無(wú)法正常啟動(dòng)。以上游長(zhǎng)皮帶725 m，下游短皮帶40 m為例，按《DTII皮帶輸送機(jī)設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》進(jìn)行制動(dòng)時(shí)間計(jì)算(見(jiàn)表1)。

表1 長(zhǎng)短皮帶制動(dòng)時(shí)間計(jì)算

按改造后流量計(jì)算，緩沖物料增加體積為8.6 m3，若對(duì)漏斗進(jìn)行改造需增容8.6 m3,而濕粘煤壓停問(wèn)題得不到解決。為減少緩沖物料堆積，需要考慮下游短皮帶延緩?fù)C(jī)時(shí)間，為此在重載停機(jī)觸發(fā)故障時(shí)增加如下停機(jī)邏輯：

(1)流程運(yùn)轉(zhuǎn)中下游皮帶出現(xiàn)撕裂、重跑、堵料等故障，上游皮帶立即斷電停止運(yùn)轉(zhuǎn)，下游皮帶延遲10 s再停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)流程運(yùn)轉(zhuǎn)中上游皮帶出現(xiàn)撕裂、跑偏、堵料等故障時(shí)，上游皮帶立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，下游皮帶不停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

(3)流程正常運(yùn)轉(zhuǎn)中觸發(fā)急停(安全)措施時(shí)，上下游同時(shí)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，確保安全響應(yīng)。

調(diào)整延遲停機(jī)邏輯后，因重載停機(jī)造成的堵料故障及濕粘煤壓停無(wú)法啟動(dòng)的現(xiàn)象明顯下降。

3.2 堆料機(jī)尾車漏斗通過(guò)能力問(wèn)題解決方案

通過(guò)計(jì)算，目前堆料機(jī)漏斗溜筒通過(guò)能力是最大流量的1.2倍，原有設(shè)計(jì)系數(shù)正常，理論上能夠滿足生產(chǎn)需求。但考慮到生產(chǎn)實(shí)際遇到的濕粘煤，而且皮帶機(jī)提速改造后調(diào)料板沖擊點(diǎn)提高132 mm。當(dāng)沖擊點(diǎn)較高時(shí)，煤流沖擊角度變小，而且因提速?zèng)_擊力變大，在沖擊點(diǎn)堆積現(xiàn)象更明顯，造成向下的落料較改造前更靠后，容易造成落料點(diǎn)不正，引起下游臂架皮帶跑偏問(wèn)題，而且在實(shí)際生產(chǎn)中濕粘煤情況比較普遍，漏斗通過(guò)能力一般大于理論計(jì)算的通過(guò)能力，否則易發(fā)生堵料停機(jī)故障。

為解決此問(wèn)題，提出以下改造方案:

(1)對(duì)堆料機(jī)尾車漏斗進(jìn)行增容、優(yōu)化，提高通過(guò)能力，對(duì)原有頭部漏斗上部分增容，提高到最大流量的1.5倍。

(2)優(yōu)化調(diào)料板收料效果，使落料更集中，調(diào)整頭部漏斗下部分溜煤板角度，將煤流導(dǎo)流到臂架皮帶正中位置。

(3)在沖擊點(diǎn)及導(dǎo)料面使用加厚高質(zhì)量融磁襯板，提高耐磨性及減少附著力、摩擦力。改造后漏斗的整體通過(guò)能力及耐用度均得到較大提高。

3.3 堆料機(jī)尾車位置重載啟動(dòng)疊帶問(wèn)題解決方案

皮帶機(jī)正常啟動(dòng)時(shí)，運(yùn)載阻力較小，驅(qū)動(dòng)力傳遞較快，整體啟動(dòng)較為平穩(wěn)。皮帶機(jī)重載啟動(dòng)時(shí)，皮帶上運(yùn)載物料會(huì)增加啟動(dòng)阻力。在實(shí)際的啟動(dòng)過(guò)程中，皮帶啟動(dòng)需克服托輥內(nèi)軸承靜摩擦力，由于皮帶的伸縮性，重載啟動(dòng)時(shí)局部皮帶非線性波動(dòng)增速，需要一定的時(shí)間進(jìn)行緩沖，才能使所有托輥按照先后順序逐個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)，之后轉(zhuǎn)矩開(kāi)始下降；達(dá)到一定的速度后，潤(rùn)滑得到改善，轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)減少，速度逐漸平穩(wěn)[2]。

堆料機(jī)因要沿堆料線行走，尾車托輥與堆料線托輥間有350 mm距離。堆料機(jī)尾車與地面皮帶交界位置為凹弧段，重載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)載力傳遞為凹弧切線方向。重載啟動(dòng)時(shí)局部皮帶非線性波動(dòng)增速，且受物料的慣性影響，在堆料機(jī)尾車與地面皮帶交界凹弧段發(fā)生疊帶現(xiàn)象，皮帶縮進(jìn)尾車與地面托輥架之間，存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)[3]。

為防止疊帶現(xiàn)象的發(fā)生，可采用以下解決方案。

(1)適當(dāng)增加配重滾筒配重重量，增加皮帶張緊力，以抵抗啟動(dòng)時(shí)凹弧段物料慣性，同時(shí)在堆料機(jī)尾車位置增加一組高度可調(diào)的壓帶輪，增加壓帶裝置強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)兩組壓帶裝置平緩過(guò)渡，以消除因增加皮帶張緊力而造成凹弧段凹弧半徑增大，啟動(dòng)時(shí)發(fā)生的飄帶現(xiàn)象(見(jiàn)圖1)。

1.原壓帶輪 2.皮帶原位置 3.飄帶位置 4.新增壓帶輪圖1 增加壓帶輪示意圖

(2)尾車向下延長(zhǎng)，延長(zhǎng)現(xiàn)有尾車入口處鋼梁，新鋼梁采用工字鋼結(jié)構(gòu)，同時(shí)焊接加強(qiáng)腹板；增加2組可調(diào)托輥架，兩側(cè)斜托高度結(jié)合重載作業(yè)皮帶垂度調(diào)節(jié)，起到一定的收料作用，實(shí)現(xiàn)煤流在皮帶上平緩過(guò)渡，減小尾車與地面托輥組之間的距離，使正面皮帶增速到尾車位置時(shí)皮帶能順利爬坡到尾車，避免發(fā)生疊帶(見(jiàn)圖2)。

1.可調(diào)托輥組1 2.可調(diào)托輥組2 3.尾車延長(zhǎng)梁 4.筋板 5.重載啟動(dòng)皮帶位置圖2 重載啟動(dòng)疊帶現(xiàn)象解決方案

(3)更換液力耦合器型號(hào)，將原有標(biāo)準(zhǔn)延遲充液腔的CK系列液力偶合器更換為雙倍延遲充液腔的CCK系列液力耦合器，CCK系列較CK系列液力耦合器雙倍延遲充液腔裝有更多的油液，在起動(dòng)期間逐漸流進(jìn)主循環(huán)圓，從而將起動(dòng)力矩由電機(jī)額定力矩的150%降低到120%，啟動(dòng)力矩傳遞時(shí)間由9 s延長(zhǎng)到12 s，啟動(dòng)更加平穩(wěn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)翻堆系統(tǒng)優(yōu)化皮帶沿線在重載停止時(shí)上、下游皮帶停機(jī)控制邏輯，消除重載停機(jī)造成的沿線堵料及設(shè)備無(wú)法啟動(dòng)現(xiàn)象；對(duì)堆料機(jī)尾車漏斗進(jìn)行增容和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高其通料能力；改造堆料機(jī)尾車機(jī)械結(jié)構(gòu)、增加皮帶機(jī)張緊、改進(jìn)驅(qū)動(dòng)耦合器型式，消除重載啟動(dòng)時(shí)的堆料機(jī)尾車疊帶現(xiàn)象。改造完畢后，翻堆系統(tǒng)流程效率由4 000 t/h提高到4 800 t/h，實(shí)現(xiàn)了提速增效的目標(biāo)。