長距離雙向運行帶式輸送機改造方案探討

岳金燦，熊玲燕

(中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300220)

引言

帶式輸送機輸送能力強，輸送距離遠，結(jié)構(gòu)簡單易于維護，能方便地實行程序化控制和自動化操作，廣泛應(yīng)用于港口專業(yè)化大宗散貨碼頭的水平運輸。常規(guī)帶式輸送機大部分以單向運行為主，輸送帶通過驅(qū)動滾筒與輸送帶之間的摩擦力拖動，為避免帶式輸送機的膠帶在傳動滾筒上打滑，通常設(shè)置拉緊裝置適當(dāng)?shù)貙⒛z帶預(yù)拉緊，產(chǎn)生初張力，張緊裝置常設(shè)于輸送機膠帶張力最小的部位，即驅(qū)動滾筒逐出端或奔離端。單向運行帶式輸送機技術(shù)成熟，工程案例較多，而雙向運行帶式輸送機雖然在電廠、原料場等應(yīng)用較多，但帶式輸送機能力相對港口來說均偏小，參考價值不大，而國內(nèi)港口相應(yīng)的案例較少，帶式輸送機設(shè)計手冊或規(guī)范也沒有具體針對雙向運行帶式輸送機的設(shè)計方法或設(shè)計案例。因此，對于雙向運行帶式輸送機的設(shè)計方案就顯得非常關(guān)鍵。尤其是長距離雙向運行的帶式輸送機，正確計算多工況運行條件下輸送機的驅(qū)動電機功率、膠帶的張力、張緊力等參數(shù)對于帶式輸送機的選型十分重要。

本文以具體改造項目為例，探討長距離雙向運行帶式輸送機改造的設(shè)計方法和設(shè)計思路，為相關(guān)類似工程提供參考。

1 工程概述

某專業(yè)化礦石碼頭堆場原設(shè)計取料線BQ 帶式輸送機用于堆場取料裝火車或裝汽車作業(yè)，BQ 帶式輸送機由西向東單向運行，輸送機頭部卸料滾筒下方對應(yīng)裝火車或裝汽車的帶式輸送機系統(tǒng)轉(zhuǎn)接流程，BQ 帶式輸送機上對應(yīng)配置一臺斗輪取料機，額定取料能力3 600 t/h。隨著港口生產(chǎn)業(yè)務(wù)的多元化，需要增加專業(yè)化礦石堆場取料配礦的功能，由于原設(shè)計方案BQ 帶式輸送機頭部轉(zhuǎn)接機房沒有相應(yīng)的接口預(yù)留，只能對既有裝卸工藝流程進行相應(yīng)的改造。最終經(jīng)多方案比選，選擇將BQ 帶式輸送機向西反向延長，接入后續(xù)新建配礦流程，BQ 帶式輸送機由既有的單向運行模式調(diào)整為雙向運行模式，實現(xiàn)專業(yè)化礦石堆場BQ 線取料機取料后向東完成裝火車或裝汽車作業(yè)、向西完成配礦作業(yè)的功能，大大增加堆場取料作業(yè)的靈活性。在不影響既有堆場作業(yè)功能的情況下，增加裝卸作業(yè)流程的靈活性，盡量減少改造項目對既有生產(chǎn)的停機影響，為港口業(yè)務(wù)的拓展提供技術(shù)保障?？梢姡卷椖緽Q 帶式輸送機雙向運行改造將是實現(xiàn)改造目標(biāo)的關(guān)鍵所在。

2 改造方案

為實現(xiàn)BQ 帶式輸送機雙向運行的要求，改造方案具體如下：拆除現(xiàn)有BQ 帶式輸送機尾部滾筒，將BQ 帶式輸送機向西爬升延長約52 m，新建BQ帶式輸送機西側(cè)頭部卸料滾筒和相應(yīng)的轉(zhuǎn)接機房；將BQ 帶式輸送機原前傾托輥架全部更換為非前傾托輥架，并按照雙向運行的要求對帶式輸送機支腿進行加固和增加雙向防跑偏托輥組；將BQ 帶式輸送機東側(cè)現(xiàn)有2個地面驅(qū)動滾筒中的2#驅(qū)動滾筒移至西側(cè)地面，并在西側(cè)地面2#驅(qū)動滾筒處新建小車重錘張緊裝置，使BQ 帶式輸送機東西兩側(cè)地面各布置1 個驅(qū)動滾筒，每個驅(qū)動電機功率450 kW，張緊重錘重量及膠帶強度根據(jù)最終張力計算大小進行相應(yīng)核算。

由于BQ 帶式輸送機改為雙向運行，BQ 帶式輸送機對應(yīng)的取料機與地面帶式輸送機連接的移動式導(dǎo)料槽也要進行相應(yīng)的改造，以適應(yīng)取料機雙向取料的要求。

BQ 帶式輸送機雙向運行原設(shè)計及改造方案示意圖如圖1、圖2。

圖1 原BQ 帶式輸送機設(shè)計簡圖

圖2 BQ 帶式輸送機雙向運行改造方案簡圖

3 相關(guān)計算

3.1 帶式輸送機雙向運行改造方案技術(shù)參數(shù)

表1 帶式輸送機雙向運行改造方案技術(shù)參數(shù)

3.2 運行阻力與驅(qū)動功率

BQ 帶式輸送機雙向運行改造方案輸送機運行阻力根據(jù)《帶式輸送機工程設(shè)計規(guī)范》有關(guān)公式進行計算，當(dāng)帶式輸送機長度大于80 m 時，可按下列公式計算：

式中：

FU—傳動滾筒所需圓周力；

FH—主要阻力（N）；

C—附加阻力系數(shù)；

FS1—主要特種阻力；

FS2—附加特種阻力；

FSt—傾斜阻力。

帶式輸送機穩(wěn)定運行時傳動滾筒所需運行功率及驅(qū)動電動機所需功率，應(yīng)按下列計算：

式中：

PA—傳動滾筒所需運行功率（kW）；

v —帶速（m/s）；

PM—驅(qū)動電動機所需運行功率（kW）；

η1—驅(qū)動系統(tǒng)傳動效率。

其中附加阻力系數(shù)C 取值1.06，驅(qū)動系統(tǒng)傳動效率η1取值0.85。

1）BQ 帶式輸送機由西向東運行工況

根據(jù)上述計算公式，將帶式輸送機相關(guān)技術(shù)參數(shù)代入后，計算結(jié)果如表2。

表2 運行阻力與驅(qū)動功率計算結(jié)果（由西向東）

2）BQ 帶式輸送機由東向西運行工況

同理，BQ 帶式輸送機由東向西運行工況下運行阻力與驅(qū)動功率計算結(jié)果如表3。由以上結(jié)算結(jié)果可知，通過對BQ 帶式輸送機雙向運行兩種工況分別計算運行阻力與驅(qū)動功率，并取其中計算結(jié)果值較大者作為帶式輸送機驅(qū)動裝置設(shè)計選型的依據(jù)，可知BQ 帶式輸送機由西向東運行工況所需驅(qū)動電機功率較大，為841 kW，現(xiàn)有BQ 帶式輸送機驅(qū)動功率為兩個450 kW 電機，合計900 kW，滿足雙向運行改造后驅(qū)動電機功率的要求。改造方案中，利用既有兩個450 kW 電機，并將BQ 帶式輸送機東側(cè)現(xiàn)有2 個驅(qū)動滾筒中的2#驅(qū)動滾筒移至西側(cè)地面，使BQ 帶式輸送機東西兩側(cè)各布置1 個驅(qū)動滾筒（450 kw）的方案是滿足設(shè)計要求的。

表3 運行阻力與驅(qū)動功率計算結(jié)果（由東向西）

3.3 帶式輸送機各點張力

按傳動滾筒不打滑條件分別計算膠帶最小張力：BQ 帶式輸送機向東運行時Smin東=77 kN，BQ帶式輸送機向西運行時Smin西=76 kN，根據(jù)逐點張力法，分別計算兩種運行工況的膠帶張力。

1）BQ 帶式輸送機由西向東運行工況

BQ 帶式輸送機由西向東運行張力計算簡圖如圖3。

圖3 張力計算簡圖

由上圖可知，BQ 帶式輸送機由西向東運行，東側(cè)地面電機先啟動，西側(cè)驅(qū)動滾筒膠帶繞出端為膠帶最小張力點，為避免西側(cè)地面電機啟動時打滑，取S2東=Smin東=77 kN，根據(jù)逐點張力法，計算該運行工況各點膠帶張力，計算結(jié)果統(tǒng)計如表4（暫不考慮滾筒軸承阻力）。

表4 各點膠帶張力計算結(jié)果（由西向東）

由以上計算結(jié)果可知，當(dāng)拉緊力T東=172 kN×2=344 kN 時，帶式輸送機滿載運行時膠帶的最大張力位于S1位置，最大張力為252 kN；帶式輸送機滿載啟動時膠帶的最大張力同樣位于S1位置，最大張力為362 kN。

同時對膠帶下垂度進行校核，承載分支和回程分支最小張力分別應(yīng)大于42 kN 和12 kN，該工況膠帶最小張力77 kN，均滿足膠帶對于下垂度的要求。

結(jié)合 BQ 帶式輸送機現(xiàn)有膠帶強度規(guī)格ST1600，計算滿載運行時膠帶的安全系數(shù)為7.6，滿載啟動時膠帶的安全系數(shù)為5.3，考慮到本項目為改造項目，現(xiàn)有膠帶強度規(guī)格滿足改造后帶式輸送機由西向東運行工況的膠帶強度要求。

2）BQ 帶式輸送機由東向西運行工況

BQ 帶式輸送機由東向西運行張力計算簡圖如圖4。

圖4 張力計算簡圖

由上圖可知，BQ 帶式輸送機由東向西運行，西側(cè)地面電機先啟動，東側(cè)驅(qū)動滾筒膠帶繞出端為膠帶最小張力點。為避免西側(cè)地面電機啟動時打滑，取S2西=Smin西=76 kN，根據(jù)逐點張力法，計算該運行工況各點膠帶張力，計算結(jié)果統(tǒng)計如下（暫不考慮滾筒軸承阻力）：

表5 各點膠帶張力計算結(jié)果（由東向西）

由以上計算結(jié)果可知，該工況拉緊力T西=154 kN*2=308 kN，結(jié)合BQ 帶式輸送機由西向東運行工況計算結(jié)果可知T東=344 kN，兩種工況所需張緊力T東=344 kN 大于T西=308 kN，為同時滿足兩種運行工況正常作業(yè)的要求，取兩種工況大者，即T=T東=344 kN，并以此重新核算BQ 帶式輸送機由東向西運行工況，計算結(jié)果修正后統(tǒng)計如下（暫不考慮滾筒軸承阻力）：

表6 張緊力修正后計算結(jié)果（由東向西）

該工況帶式輸送機滿載運行時膠帶的最大張力位于S1位置，最大張力為265 kN；帶式輸送機滿載啟動時膠帶的最大張力同樣位于S1位置，最大張力為373 kN。

同時對膠帶下垂度進行校核，承載分支和回程分支最小張力分別應(yīng)大于42 kN 和12 kN，該工況膠帶最小張力94 kN，均滿足膠帶對于下垂度的要求。

結(jié)合BQ 帶式輸送機膠帶強度規(guī)格ST1600，計算滿載運行時膠帶的安全系數(shù)為7.2，滿載啟動時膠帶的安全系數(shù)為5.1，考慮到本項目為改造項目，現(xiàn)有膠帶強度規(guī)格ST1600 滿足改造后帶式輸送機由東向西運行工況的強度要求。

綜上所述，為滿足BQ 帶式輸送機雙向運行的要求，拉緊力T 應(yīng)大于344 kN，滿載運行和啟動時膠帶最大張力均出現(xiàn)在BQ 帶式輸送機由東向西運行工況S1位置，分別為265 kN 和373 kN；而現(xiàn)有單向運行BQ 帶式輸送機拉緊力T 為170 kN，滿載運行和啟動時膠帶最大張力均出現(xiàn)在BQ 帶式輸送機第一個驅(qū)動滾筒膠帶逐入端，分別為285 kN 和386 kN?？梢婋p向運行改造后配重重量大大增加，膠帶靜態(tài)張力較大，運行和啟動時膠帶最大張力基本維持，但最大張力出現(xiàn)位置發(fā)生改變。

5 結(jié)語

對于雙向運行帶式輸送機的應(yīng)用，往往能夠在降低工程投資和不增加設(shè)備數(shù)量的情況下增加裝卸工藝流程的靈活性，達到一機多用提高設(shè)備利用率的目的。但是用于港口長距離、大能力的工程案例較少，主要原因是雙向運行帶式輸送機如果發(fā)生雙向跑偏調(diào)整十分困難，而且需要兼顧雙向運行膠帶張力往往較大，一定程度上會影響結(jié)構(gòu)及膠帶的使用壽命，在有替代方案或非必須采用的情況下，往往不會選擇雙向運行的方案。因此，在長距離雙向運行帶式輸送機設(shè)計過程中，選擇合理的設(shè)計方案，正確的計算驅(qū)動電機功率以及膠帶張力大小將是保證雙向運行帶式輸送機合理選型及正常安全運行的關(guān)鍵。