大管徑長距離管帶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)分析

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.045

摘" 要：為提高管帶機(jī)在運(yùn)輸物料等多個(gè)方面的性能，需圍繞管帶機(jī)運(yùn)輸過程中存在的問題及可提升工藝展開分析。一種大管徑長距離管帶機(jī)相較于普通帶式輸送機(jī)，在基本裝置設(shè)置方面并無差異；核心構(gòu)想是通過輸送帶膠帶、托輥組等，構(gòu)建管帶機(jī)“平攤-管筒-平攤”的運(yùn)輸方式——能夠使物料被完全包裹在管帶內(nèi)部，進(jìn)而在運(yùn)輸過程中不會暴露在環(huán)境中，能夠極大地提高運(yùn)輸穩(wěn)定性。此外，大管徑長距離管帶機(jī)能夠在很大程度上無視環(huán)境的復(fù)雜程度，且能夠根據(jù)不同需要做出不同調(diào)整，靈活性優(yōu)于普通帶式輸送機(jī)?？傮w來看，大管徑長距離管帶機(jī)的設(shè)置思路、運(yùn)行效果、成本控制性均優(yōu)于普通帶式輸送機(jī)，可推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：管帶機(jī)；大管徑；長距離；防過載；防疊帶；防跑偏；防腐蝕

中圖分類號：TD528.1" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0181-04

Abstract： In order to improve the performance of pipe belt conveyor in many aspects such as transporting materials， it is necessary to analyze the problems existing in the transportation process of pipe belt conveyor and the technology that can be improved. Compared with the ordinary belt conveyor， a large diameter and long distance pipe belt conveyor has no difference in the setting of the basic device; the core idea is to construct the \"flat sharing-tube-sharing\" transportation mode of the pipe belt machine through the conveyor belt， roller group， etc.， so that the material can be completely wrapped in the pipe belt， so that it will not be exposed to the environment in the transportation process， which can greatly improve the transportation stability. In addition， the large diameter and long distance pipe belt machine can largely ignore the complexity of the environment， and can make different adjustments according to different needs， flexibility due to ordinary bag conveyors. Generally speaking， the setting idea， operation effect and cost control of the large diameter and long distance pipe belt conveyor are better than those of the ordinary belt conveyor， which can be popularized and applied.

Keywords： pipe belt machine; large pipe diameter; long distance; anti-overload; anti-stacking belt; anti-deviation; anti-corrosion

管帶機(jī)全稱管狀帶式輸送機(jī)，主要運(yùn)用于礦業(yè)等工程中的散狀物料輸送作業(yè)。在當(dāng)前社會，環(huán)保理念已經(jīng)深入人心，礦業(yè)生產(chǎn)自不例外。如何確保物料輸送過程及轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)處的粉塵飛揚(yáng)、沿途遺灑量不超過造成環(huán)境污染的上限，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)引起廣泛重視。在這種情況下，管帶機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。這種設(shè)備能夠?qū)⑸畹奈锪习趶?qiáng)制形成的管狀膠帶內(nèi)運(yùn)輸，相較于普通帶式輸送機(jī)，運(yùn)輸原理并無本質(zhì)不同。當(dāng)前的困境是，如何增加管狀膠帶的尺寸（橫截面粒徑）、延長物料運(yùn)輸距離且保持運(yùn)輸效率、穩(wěn)定性不變。為達(dá)到這一目標(biāo)，需圍繞大管徑長距離管帶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)展開分析。

1" 大管徑長距離管帶機(jī)研發(fā)技術(shù)背景

1.1" 管帶機(jī)的構(gòu)成與特點(diǎn)

管帶機(jī)與普通帶式輸送機(jī)的構(gòu)成、運(yùn)轉(zhuǎn)原理基本一致，由頭部、尾部、改向3類具有不同功能的滾筒、驅(qū)動裝置、拉緊裝置、托輥組設(shè)施、機(jī)架、桁架、走臺支架和膠帶等構(gòu)成。管帶機(jī)的主要特點(diǎn)是，①將膠帶設(shè)置在前后各3組托輥組內(nèi)，形成類似“管筒”的形狀。②頭部、尾部、拉緊處與普通帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)形式幾乎完全一致。③管帶機(jī)由普通槽型到形成圓管狀的區(qū)間內(nèi)，需要設(shè)置一段“過渡”區(qū)域。④需要運(yùn)輸物料時(shí)，物料會被包裹在封閉的圓管形膠帶內(nèi)。⑤在運(yùn)輸物料的過程中，由于上下膠帶已經(jīng)形成了管狀，故輸送機(jī)的傳輸方向可以靈活調(diào)整。

1.2" 管帶機(jī)與普通帶式輸送機(jī)的特性對比

根據(jù)上文對管帶機(jī)構(gòu)成方式的描述可知，管帶機(jī)相較于普通的帶式輸送機(jī)，在性能特點(diǎn)方面已經(jīng)有了很大提升，具體的對比如下。

1）在物料輸送方式方面。普通帶式輸送機(jī)在輸送物料時(shí)呈現(xiàn)出“敞開式”的特點(diǎn)，即物料放置于運(yùn)輸皮帶之上，沒有任何保護(hù)措施，完全暴露在自然環(huán)境之中。由于物料運(yùn)輸過程中，運(yùn)輸皮帶長時(shí)間處于“動態(tài)”，故“振動”是不可避免的，經(jīng)常導(dǎo)致物料受到各種作用而從皮帶中掉落，進(jìn)而在多方面造成不良后果。而大管徑長距離管帶機(jī)在運(yùn)輸物料時(shí)具有“封閉式”的特點(diǎn)——管帶會從平面轉(zhuǎn)換為圓管形狀，進(jìn)而將物料完全包裹于其中。如此一來，即使運(yùn)輸過程中出現(xiàn)較為劇烈的振動，物料也很難灑落，能夠有效避免損失。

2）空間要求方面的差異性。普通帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸帶必須“平放”，且有時(shí)在運(yùn)輸帶上放置的物料較多，為避免碰撞，導(dǎo)致物料灑落，故對運(yùn)輸沿線的空間要求較大。而大管徑長距離管帶機(jī)由于能夠?qū)⑽锪习谄渲?，在運(yùn)輸沿線無需擔(dān)心物料掉落、灑落的情況，故對空間的整體要求較小，在絕大多數(shù)沿線范圍內(nèi)，只需確?！肮艿馈蹦軌蛘Ｍㄐ屑纯?。

3）在最大爬坡和下坡角度方面的差異性。普通帶式輸送機(jī)輸送土石、礦渣、原煤時(shí)，要求最大角度分別對應(yīng)15°、20°、18°；大管徑長距離管帶機(jī)分別對應(yīng)的最大角度為25°、30°、27°。對比之下可以發(fā)現(xiàn)，大管徑長距離管帶機(jī)的適應(yīng)性更強(qiáng)。

4）下坡輸送限制方面。普通帶式輸送機(jī)受“物料在運(yùn)輸帶上攤放”的影響，故在下坡輸送方面，對單位運(yùn)輸帶物料堆放規(guī)模、運(yùn)輸速度等均提出了較大限制。而大管徑長距離管帶機(jī)由于將物料封閉在管帶內(nèi)，故適應(yīng)性得到了極大提升。

5）對復(fù)雜地形的適應(yīng)性方面。普通帶式輸送機(jī)在運(yùn)輸全過程內(nèi)只能走“直線”，如果受地形地勢影響，必須轉(zhuǎn)彎時(shí)，需要設(shè)立中轉(zhuǎn)站，導(dǎo)致成本增加。而大管徑長距離管帶機(jī)可以作水平和垂直彎曲，最小彎曲半徑可以達(dá)到45 m，且下坡運(yùn)輸全程無需設(shè)置中轉(zhuǎn)站，既可以提升運(yùn)輸效率，又能夠有效降低成本。

6）對施工廠區(qū)適應(yīng)性方面。普通帶式輸送機(jī)對現(xiàn)有施工廠區(qū)具有較高的要求，在必要情況下，運(yùn)輸沿線如果存在一些干擾建筑物，則需進(jìn)行拆除處理。大管徑長距離管帶機(jī)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在一般情況下無需拆除現(xiàn)有建筑物，調(diào)整靈活性極強(qiáng)。

7）輸送物料方面的差異性。普通帶式輸送機(jī)在輸送粉塵物料方面具有較強(qiáng)的限制性，這是因?yàn)檩斔臀锪线^程中只能對物料進(jìn)行有限防護(hù)，極有可能造成環(huán)境污染。大管徑長距離管帶機(jī)則具有較強(qiáng)的適應(yīng)性——運(yùn)輸管線可從平面攤鋪狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閳A管封閉狀態(tài)，能夠?qū)Ρ惠斔偷奈锪线M(jìn)行完全防護(hù)，幾乎不會造成環(huán)境污染。

8）設(shè)備維護(hù)、運(yùn)行耗能、造價(jià)方面的差異性。普通帶式輸送機(jī)的設(shè)備維護(hù)工作量較大，大管徑長距離管帶機(jī)的設(shè)備維護(hù)工作量較小；前者的設(shè)備運(yùn)行耗能較高，后者較低；前者的綜合造價(jià)有時(shí)候會超過后者。

1.3" 國內(nèi)外大管徑長距離管帶機(jī)研發(fā)歷程

管帶機(jī)最早由日本JPC公司提出相關(guān)概念并成功研發(fā)、使用。我國在20世紀(jì)90年代引入了管帶機(jī)的安裝、設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，從此開始走自主研發(fā)的道路。時(shí)至今日，我國管帶機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、所有設(shè)備的制造均具有自主知識產(chǎn)權(quán)，全面實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的“國有化”。現(xiàn)階段，我國的管帶機(jī)管徑寬度普遍達(dá)到600 mm，連續(xù)運(yùn)輸距離可達(dá)到10～15 km。在礦業(yè)工程等應(yīng)用領(lǐng)域的生產(chǎn)需求不斷提升的情況下，進(jìn)一步擴(kuò)大管徑、提高運(yùn)輸距離已經(jīng)成為管帶機(jī)下一步的發(fā)展方向。

1.4" 大管徑長距離管帶機(jī)研發(fā)過程中遇到的主要技術(shù)問題

大管徑長距離管帶機(jī)之所以尚未普及，是因?yàn)榇嬖谥T多技術(shù)難題，比如，其一，物料運(yùn)輸需要借助膠帶的粘合及控制作用，如果盲目延長運(yùn)輸距離，有較大概率會導(dǎo)致膠帶的頭部、尾部出現(xiàn)不受控制的“翻面”或是完全“跑偏”。此外，物料運(yùn)輸時(shí)，在滾筒上發(fā)生“折疊”的可能性較高；在轉(zhuǎn)彎區(qū)間也有更大概率出現(xiàn)不受控扭轉(zhuǎn)。這些很難控制的情況均有可能導(dǎo)致管帶機(jī)機(jī)組中的某些設(shè)備性能受損，降低運(yùn)輸效率或被迫中斷運(yùn)輸。其二，管徑加大必然導(dǎo)致的后果是，設(shè)備的運(yùn)動特性會發(fā)生變化。受此影響，原有的系統(tǒng)功率計(jì)算方法、系統(tǒng)控制方案、系統(tǒng)運(yùn)輸模擬機(jī)制的適用性均會下降，導(dǎo)致相關(guān)選型、計(jì)算的精準(zhǔn)程度以及投入運(yùn)行后的整體穩(wěn)定性均會受到影響。其三，管帶機(jī)的管狀結(jié)構(gòu)與物料運(yùn)輸系統(tǒng)的單位負(fù)載、總通過量等均具有一一對應(yīng)的映射關(guān)系。如果盲目加大運(yùn)輸量，很有可能導(dǎo)致系統(tǒng)流量高于系統(tǒng)最大承載力，稍有不慎便可能造成爆管事故，令管帶機(jī)受到極大損害。

2" 大管徑長距離管帶機(jī)關(guān)鍵技術(shù)簡析

2.1" 項(xiàng)目概況及大管徑長距離管帶機(jī)系統(tǒng)參數(shù)選型

某燃煤發(fā)電工程的規(guī)模達(dá)到2×1 050 MW，是我國援助東南亞某國家的示范工程項(xiàng)目。為該燃煤發(fā)電工程配備的管帶式輸送機(jī)的基本參數(shù)如下：輸送機(jī)編號為BC3、BC4；帶寬為2 250 mm；額定輸送量達(dá)到每小時(shí)3 000 t；管帶每秒運(yùn)輸速率為5.6 m；輸送機(jī)的水平長度達(dá)到3 900 m，提升高度為12 m，爬升角度為3°，屬液壓張緊拉緊形式。

2.2" 大管徑長距離管帶機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)上文所述的大管徑長距離管帶機(jī)的研發(fā)技術(shù)難點(diǎn)，技術(shù)人員在本示范工程中，重點(diǎn)解決了以下幾個(gè)關(guān)鍵問題。

2.2.1" 防過載技術(shù)設(shè)計(jì)

造成管帶機(jī)單位物料攜帶量、總運(yùn)輸量過載的根本原因在于物料裝載源頭處?；诖?，需要基于“源頭控制”理念開展相關(guān)設(shè)計(jì)[1]。所采用的方法是，在上料膠帶與運(yùn)輸膠帶相連接的區(qū)域，額外增設(shè)“限制抵擋”設(shè)施。相關(guān)原理是：造成過載的原因并不是現(xiàn)場作業(yè)人員或技術(shù)管理人員一定要求“額外增加物料”，而是加料機(jī)組設(shè)備在加料的過程中，其智能化、類人化程度不高，導(dǎo)致總是有超過額定重量、體積的物料進(jìn)入運(yùn)輸區(qū)?；诖?，只需設(shè)置有關(guān)設(shè)施，將這些“多余”的物料擋在運(yùn)輸管帶之外即可。第一道限料裝置具體設(shè)置在上料膠帶與運(yùn)輸膠帶之間的導(dǎo)流板區(qū)域；第二道限料裝置需要設(shè)置在圓段入口區(qū)域，形成“雙保險(xiǎn)”控制機(jī)制，能夠有效防止超過額定荷載的物料進(jìn)入運(yùn)輸區(qū)域，從根本上降低了管帶機(jī)爆管事件的發(fā)生率。

2.2.2" 防疊帶技術(shù)設(shè)計(jì)

管帶機(jī)運(yùn)行期間，一旦出現(xiàn)“疊帶”情況，則會對膠帶的橫向彈性造成極大損害，而處理“疊帶”的難度也較大，會導(dǎo)致運(yùn)輸效率大幅度降低、維護(hù)成本大幅度升高。為了解決這一問題，技術(shù)人員設(shè)計(jì)了一種“三點(diǎn)控制”防疊帶方法。如圖1所示，以“管筒”狀攜帶物料的膠帶進(jìn)入運(yùn)輸線尾端之后，必須確保其“逐漸打開”，即逐漸從管筒狀恢復(fù)成平面帶狀?；诖耍谝坏婪蜡B帶裝置是，限定膠帶“折疊開始距離”，即管筒狀膠帶滑行至該道防護(hù)位置之后，圓筒從上方開始打開。一段距離之后設(shè)置第二道防疊帶裝置。相較于第一個(gè)防疊帶裝置，第二道防疊帶裝置之間的距離會更近且呈現(xiàn)出類似字母“V”的形態(tài)。這樣設(shè)置的目的在于，可以使膠帶滑行至該位置時(shí)，受到“兩端向下攤開”的作用力。進(jìn)一步向前滑行后，進(jìn)入第三道防疊帶裝置——與膠帶行進(jìn)方向垂直關(guān)系，且在膠帶寬度兩側(cè)分別設(shè)置一個(gè)，使膠帶以“平滑、不彎曲”的姿態(tài)向前滑行。由于這三級防護(hù)機(jī)制早已對膠帶形成了“進(jìn)入特定位置后便開始轉(zhuǎn)換形態(tài)”的控制慣性，故可以很好地控制膠帶完成折疊作業(yè)，大幅度降低了疊帶事故的發(fā)生率。總體構(gòu)成如下：一條大管徑長距離管帶機(jī)一般由尾部過渡段、管狀段、頭部過渡段三部分組成。其中，從尾部滾筒到膠帶形成圓筒狀段被稱為尾部過渡段，受料點(diǎn)一般被設(shè)置在該段范圍內(nèi)。尾部過渡段內(nèi)膠帶由最初的水平帶，逐漸變化為槽型，最終被卷成圓筒狀（管道狀）。在管狀段內(nèi)，膠帶會被托輥組強(qiáng)制“裹”成圓筒狀，輸送的物料便會隨著膠帶在圓筒內(nèi)運(yùn)行。進(jìn)入卸料區(qū)之后，頭部過渡段膠帶會由圓筒狀逐漸展開，成為平面（帶狀平鋪），到了頭部滾筒后卸料?；爻潭闻c承載段基本相同?；诖?，可以說大管徑長距離管帶機(jī)的輸送過程是：輸送帶平鋪展開受料，封閉圓筒狀運(yùn)行，最后再度展開卸料。在裝置設(shè)置方面，大管徑長距離管帶機(jī)與普通帶式輸送機(jī)基本一致，均設(shè)有驅(qū)動裝置、頭部滾筒、尾部滾筒、托輥組及機(jī)架；但相較于普通帶式輸送機(jī)，大管徑長距離管帶機(jī)所使用的輸送帶、托輥組設(shè)置方面均有一定的差別。

2.2.3" 防跑偏技術(shù)設(shè)計(jì)

管帶機(jī)運(yùn)輸物料的過程中，隨著運(yùn)輸距離的增加，膠帶跑偏的概率也隨之增大，故如何防止膠帶跑偏也是一個(gè)需要重點(diǎn)解決的問題[2]。所采用的方法是，按照圖2顯示的方式，將管帶機(jī)運(yùn)輸膠帶原本有較高概率出現(xiàn)跑偏扭曲的曲線段，間隔布置成平底狀或尖點(diǎn)狀。為提高防跑偏控制水平，可以對設(shè)置在PSK托輥與膠帶運(yùn)行方向生成的夾角之間的墊片進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而從根本上降低膠帶扭曲及跑偏的概率。

2.2.4" 防腐蝕技術(shù)設(shè)計(jì)

由于管帶機(jī)運(yùn)輸長時(shí)間在野外環(huán)境下，故極其容易受到自然界的各種侵蝕。如果針對這種情況無法進(jìn)行有效處理，則有可能導(dǎo)致設(shè)備、材料被穿孔，從而使運(yùn)輸過程的穩(wěn)定性大幅度下降。可采用的解決方法是：其一，在設(shè)備、設(shè)施外表敷設(shè)符合國際標(biāo)準(zhǔn)的高等級、高防護(hù)性防腐材料。其二，底漆和面漆的層數(shù)同樣有嚴(yán)格規(guī)定——底漆為2層，面漆為3層。具體設(shè)計(jì)是：①所有鋼構(gòu)件的材料在現(xiàn)場完成安裝、焊接等固定作業(yè)之后，必須集中鍍一層鋅且厚度至少需要達(dá)到100 μm。②在鍍鋅作業(yè)之前，需對鋼構(gòu)件表面進(jìn)行全面清潔，不允許存在任何銹跡，至少需要達(dá)到Sa2.5的清潔度，且表面粗糙度應(yīng)達(dá)到“中等”級別。③通過熱浸的方式完成鍍鋅作業(yè)之后，為了確保不會發(fā)生敦化情況，還應(yīng)刷一層環(huán)氧底漆和一層丙烯酸聚氨酯漆。

2.2.5" 精準(zhǔn)啟動控制技術(shù)設(shè)計(jì)

由于單位荷載及運(yùn)輸距離均得到了提升，故常規(guī)的單套驅(qū)動裝置可能無法正常發(fā)揮作用?；诖耍瑧?yīng)在頭尾共設(shè)置2套驅(qū)動裝置，確保管帶機(jī)可以精確開車和停車。

2.3" 抗紫外線高強(qiáng)度膠帶選型

作為管帶機(jī)的核心構(gòu)件，膠帶本身的性能對物料運(yùn)輸效率、質(zhì)量起決定性作用。因此，需要考慮管帶機(jī)投入使用區(qū)域的自然環(huán)境情況，選擇最合適的膠帶。上述工程地處東南亞熱帶區(qū)域（緯度在赤道附近），全年平均溫度近27.0 ℃。因此，該地區(qū)的紫外線強(qiáng)度較大，必須選擇具有較高抗紫外線強(qiáng)度的膠帶。最終選擇的膠帶型號為ST1400-2250[3]。該膠帶的特點(diǎn)是，在縱向鋼絲繩上下兩面均設(shè)置了橫向增強(qiáng)體，可以作為防撕裂層。表面還包裹一層具有較強(qiáng)耐熱性及抗老化性的膠質(zhì)材料，足以滿足當(dāng)?shù)匚锪线\(yùn)輸需求。

2.4" 大管徑長距離管帶機(jī)應(yīng)用于沉降地質(zhì)環(huán)境的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于管帶機(jī)運(yùn)輸線設(shè)置在野外地區(qū)，如果不考慮地下土層情況，則有可能在管帶機(jī)投入使用后出現(xiàn)地段沉降問題，屆時(shí)有可能導(dǎo)致設(shè)備整體損毀[4]。解決該問題的方法為設(shè)計(jì)貼地勢桁架結(jié)構(gòu)[5]。通過這種方法，管帶機(jī)運(yùn)輸線的荷載不會集中到某個(gè)區(qū)域，而是會均勻分布，使每一處結(jié)構(gòu)都承載一定的荷載，能夠有效降低因設(shè)備導(dǎo)致的沉降發(fā)生率。此外，這種結(jié)構(gòu)可有效降低成本投入，與傳統(tǒng)的“桁架+立柱”結(jié)構(gòu)相比，工作量也得到明顯降低[1]，故具有可行性。

3" 結(jié)束語

綜上所述，由于礦業(yè)工程等多個(gè)領(lǐng)域?qū)ι钗锪系倪\(yùn)輸不斷提出新要求，故管帶機(jī)的管徑增大從而提高單位物料攜帶量、增加運(yùn)輸距離以改善工程現(xiàn)場的整體布局，符合諸多方面的設(shè)想[6]。若要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，必須解決管帶機(jī)運(yùn)輸物料過程中可能出現(xiàn)的過載、疊帶、跑偏、腐蝕和啟動精度控制不足等問題。除此之外，還應(yīng)考慮管帶（膠帶）材料是否具有高抗侵蝕、高防輻射性能以及管帶機(jī)設(shè)置沿線地質(zhì)條件等問題，最終助力大管徑、長距離管帶機(jī)在性能、應(yīng)用方面的可行性均可達(dá)到工程要求，全面提高相關(guān)物料運(yùn)輸?shù)男屎唾|(zhì)量。

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作者簡介：閆珅起（1990-），男，工程師。研究方向?yàn)楣軒C(jī)。