選礦廠帶式輸送機部件選型及系統(tǒng)優(yōu)化

夏自發(fā)， 唐廣群

(中國恩菲工程技術有限公司 礦山事業(yè)部， 北京 100038)

選礦廠帶式輸送機部件選型及系統(tǒng)優(yōu)化

夏自發(fā)， 唐廣群

(中國恩菲工程技術有限公司 礦山事業(yè)部， 北京 100038)

針對選礦廠帶式輸送機的特點以及設計過程中存在的普遍性問題，結合工程實例和設計體會，分析和討論了選礦廠帶式輸送機的部件選型和系統(tǒng)設計的優(yōu)化方法。

選礦廠；帶式輸送機； 部件選型； 系統(tǒng)優(yōu)化

0 引言

帶式輸送機與其他運輸方式相比具有運距長、能力大、投資省、運費低、操作簡單安全、管理維修容易、能耗低、污染小等優(yōu)勢而逐漸成為各行業(yè)物料搬運的主要手段，也是選礦廠主要的輸送設備之一。

《DTⅡ(A)型帶式輸送機設計手冊》[1]及《GB 50431—2008帶式輸送機工程設計規(guī)范》[2]對帶式輸送機運行阻力與驅(qū)動功率、輸送帶張力、啟動加速與減速停車、逆止力及拉緊參數(shù)等都給出了明確的計算方法，為帶式輸送機的安全、穩(wěn)定、可靠設計提供了有力保證。雖然《DTⅡ(A)型帶式輸送機設計手冊》提供了主要部件型譜，但對主要部件如何選型卻很少涉及，針對選礦廠帶式輸送機的部件選型及系統(tǒng)優(yōu)化的文獻及著作就更為少見，而部件選型和系統(tǒng)優(yōu)化卻是帶式輸送機設計中非常重要的內(nèi)容，事關整機的經(jīng)濟合理性、使用安全性及運營可靠性。

本文以《DTⅡ(A)型帶式輸送機設計手冊》及《GB 50431—2008帶式輸送機工程設計規(guī)范》為主要依據(jù)，參考帶式輸送機的相關文獻，并結合作者在永平銅礦、銅礦峪銅礦以及會寶嶺鐵礦項目中帶式輸送機的生產(chǎn)實際情況和設計體會，來探討帶式輸送機設計優(yōu)化。

1 部件選型及優(yōu)化

1.1 傳動滾筒和改向滾筒

傳動滾筒和改向滾筒分為膠面滾筒和光面滾筒，設計手冊和規(guī)范對不同滾面的滾筒的使用場合只給出了原則性的指導，未作詳細說明。由于選礦廠的物料含泥含水高、工作環(huán)境條件差，根據(jù)設計體會和選礦廠的使用經(jīng)驗，選礦廠宜選用膠面滾筒，以增加滾筒與膠帶之間的摩擦系數(shù)，避免粘料和打滑而降低輸送效率。

1.2 托輥組

設計手冊和規(guī)范提供了托輥載荷的計算方法，但選礦廠的工作條件惡劣，礦量波動大，大塊物料沖擊大，筆者認為，在滿足規(guī)范要求的承載能力情況下，還應對托輥直徑與軸承承載能力考慮一定的保險系數(shù)，以延長托輥的使用壽命，可參考表1和表2進行托輥組選型[3]。

表1 帶寬與托輥的關系

表2 帶速與托輥最小直徑的關系

選礦廠的物料塊度大、密度大、形狀不規(guī)整。對于大型礦山，帶式輸送機轉運處的配置高差大，設計手冊與規(guī)范要求，受料處必須采用緩沖托輥來吸收部分沖擊力。筆者認為對大型礦山采用耐沖擊更強的緩沖床作為受料處的支撐，才能保證高效率生產(chǎn)，并在受料處設置防撕裂裝置，將尖銳鐵器對承接帶式輸送機帶面的損壞程度降低至最小。

1.3 頭架及尾架

關于頭架和尾架型式的選擇，設計手冊和規(guī)范均推薦采用角形頭架和尾架。在同規(guī)格帶寬和滾筒直徑的情況，矩形頭架的許用合力較小(≤80 kN)，但矩形頭架一般比角形頭架要矮，有利于工藝配置和設備檢修，故在滿足許用合力的情況下，選用矩形頭架和尾架更適用。

1.4 導料槽

設計手冊中雖有矩形導料槽和喇叭口導料槽兩種類型，但未說明兩類導料槽的使用場合。根據(jù)選礦廠的實際使用經(jīng)驗，塊度較大、粘度較大的物料的輸送推薦采用矩形導料槽，除此之外的其它物料的輸送推薦采用喇叭口導料槽。筆者認為，中碎前帶式輸送機因物料塊度大(≤300 mm)，選用矩形導料槽是合適的，而其它場合應采用喇叭口導料槽，因為喇叭口導料槽使物料集中到槽形膠帶的中部，不灑料，托輥受力均勻，膠帶不易跑偏，可延長膠帶與托輥使用壽命。

1.5 頭部漏斗

設計手冊對頭部漏斗的應用范圍說明:“本系列頭部漏斗有4種主要型式，適合帶速2.5 m/s以下的輸送機使用。帶速3.15 m/s以上的輸送機用頭部漏斗需特殊設計”。根據(jù)選礦廠的實際使用情況，帶速1.6～2.5 m/s的帶式輸送機采用設計手冊的標準頭部漏斗時，也經(jīng)常出現(xiàn)頭部漏斗前側板距卸料滾筒過短或落差過大的現(xiàn)象，大塊物料對頭部漏斗產(chǎn)生很大的沖擊、磨損，降低了頭部漏斗的使用壽命，增加了廠房的噪音和粉塵。根據(jù)筆者的設計體會，對帶度大于1.6 m/s、輸送物料塊度較大或料層較厚的帶式輸送機，不能簡單地取滾筒直徑和帶速來計算卸料軌跡，應取物料的底面(即帶面)、質(zhì)心和頂面分別計算直徑和速度而繪制卸料軌跡曲線[4-6]，合理地設計頭部漏斗的結構尺寸及設置死角緩沖區(qū)，而不宜直接選用設計手冊的標準頭部漏斗。

1.6 驅(qū)動裝置

(1)分離式驅(qū)動裝置有Y-DBY(DCY)和Y-ZLY(ZSY)兩種，Y-DBY(DCY)驅(qū)動裝置的特點是在外廓尺寸不大的情況下，可以獲得大的傳動比，工作平穩(wěn)，噪聲較小，但效率較低；Y-ZLY(ZSY)驅(qū)動裝置特點是效率及可靠性高，工作壽命長，維護簡便，因而應用范圍很廣。在這兩種分離式驅(qū)動裝置中，選礦廠應優(yōu)先選擇Y-ZLY(ZSY)驅(qū)動裝置；Y-DBY(DCY)適合用于布置要求特別緊湊的地方。

(2)減速器是驅(qū)動裝置組合中最為關鍵的部件，而且其型號遠不止設計手冊上所列，考慮到占地面積小、散熱好、維護方便等因素，選礦廠也可采用弗蘭德或SEW減速器。

(3)選礦廠帶式輸送機輸送量波動大，并且大多數(shù)帶式輸送機是間斷工作的，電機采用變頻驅(qū)動不僅有利于節(jié)能降耗，也有利于帶式輸送機的啟動和停車。

2 系統(tǒng)優(yōu)化的工程實例

在銅礦峪選礦廠改造中，因原有“中細碎廠房”和“閉路篩分廠房”之間的距離不允許變化，同時連接兩廠房的帶式輸送機的皮帶寬度、傾角、凹弧半徑、廊寬及單機驅(qū)動方式等均不允許變化的前提下，將現(xiàn)No.38帶式輸送機的輸送能力由1000 t/h增加至3041 t/h，要達到此目的，必須在現(xiàn)有設計手冊與規(guī)范的基礎上進行組合優(yōu)化和創(chuàng)新。

2.1 主要部件優(yōu)化

(1)根據(jù)選礦廠以及筆者的經(jīng)驗，對傳動滾筒、改向滾筒、托輥組、導料槽進行了選型優(yōu)化；

(2)對頭部漏斗進行非標設計，減輕了物料的沖擊和磨損；

(3)對卸料小車及其支架進行非標設計，對其強度進行優(yōu)化，使其滿足大運輸量和高帶速(3.15 m/s)的使用要求。

2.2 凹弧曲率半徑

若采用常規(guī)設計，凹弧曲率半徑至少需要448 m才能平穩(wěn)啟動，為了實現(xiàn)在原有160 m凹弧曲率半徑的基礎上也能空載啟動不飄帶的目標，在以下方面進行了優(yōu)化設計：

(1)采用變頻器進行軟起，控制啟動及停車的加速度，選擇合理的啟動速度曲線[7]，將膠帶動態(tài)張力降至最低限度，使輸送機啟動更加平穩(wěn)；

(2)采用壓輪輔助平穩(wěn)啟動。

2.3 驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化

(1)輸送帶速從2.0 m/s提高至3.15 m/s；

(2)由于電機安裝空間限制，只允許單電機驅(qū)動，突破設計手冊中最大單機驅(qū)動功率315 kW的限制，創(chuàng)新采用非標驅(qū)動組合，單機功率為500 kW；

(3)采用變頻器+變頻電機+減速器的驅(qū)動方式，既可適應運輸量的波動，還可節(jié)能降耗；

(4)采用進口的弗蘭德B3SH14減速器。

經(jīng)多方調(diào)研和詳細計算，對水平長度192.9 m、提升高度23.3 m、運輸能力3041 t/h的帶式輸送機，在帶寬(B=1400 mm)、廊寬(4000 mm)、傾角(16.5°)、凹弧曲率半徑(160 m)不變的前提下，設計采用500 kW異步電機單機變頻驅(qū)動、3.15 m/s帶速的重型卸料車、壓輪輔助平穩(wěn)啟動等多處組合優(yōu)化設計，在遵循安全規(guī)范的前提下圓滿完成了改造任務[8]，至今整個生產(chǎn)系統(tǒng)運行良好。該項目獲得2013年度部級優(yōu)秀工程設計一等獎。

3 結論

設計手冊及規(guī)范只是對帶式輸送機選型中的普遍性內(nèi)容進行了規(guī)范和指導，而具體使用場合的不同必然要對此進行優(yōu)化和創(chuàng)新。掌握設計和生產(chǎn)經(jīng)驗就顯得至關重要，而非標設計是優(yōu)化和創(chuàng)新的基礎。

由于選礦廠輸送物料的特殊性以及工作環(huán)境的差異性，每條帶式輸送機的部件選型和系統(tǒng)設計也不同，部件選型和系統(tǒng)設計直接影響著整機的運行狀況和經(jīng)濟指標，在整機設計和使用中占有舉足輕重的地位。

[1] 北京起重運輸機械研究所.DTⅡ(A)型帶式輸送機設計手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2003.

[2] 中國煤炭建設協(xié)會.GB 50431—2008帶式輸送機工程設計規(guī)范[M].北京:中國計劃出版社，2008.

[3] 張瑞平.帶式輸送機托輥對整機運行的影響分析[J].礦業(yè)快報,2006，(3)：59-60.

[4] 賀克讓，王小偉，董萬江.帶式輸送機滾筒卸料軌跡的理論與設計[J].煤礦設計,2000,(10)：23-25.

[5] 宋鳳蓮,巫世晶,吳慶鳴.帶式輸送機頭部滾筒卸料運動軌跡方程的研究[J].水力電力機械，2002，24(2)：48-56.

[6] 《運輸機械設計選用手冊》編輯委員會.運輸機械設計選用手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社，2004：8-9.

[7] 楊林.大型帶式輸送機調(diào)速的必要性[J].煤炭工程，2002，(10)：19-21.

[8] 國家質(zhì)量技術監(jiān)督局.GB 18152—2000選礦安全規(guī)程[M].北京：中國標準出版社，2000.

System Optimization and Components Selection of Belt Conveyor in Concentration Plant

XIA Zi-fa， TANG Guang-qun

(Mine Department, China ENFI Engineering Corporation, Beijing 100038, China)

This paper analyses and summarizes the optimization method of the components selection and the system design, discusses the project example and design experiences, based on the characteristics of the belt conveyor in concentrator and universal problems existing in design.

concentration plant； belt conveyor； components selection； system optimization

2013-09-06

夏自發(fā)(1981-)，男，湖南瀏陽人，工程師，工學碩士，主要從事礦山設計工作。

唐廣群(1968-)，男，內(nèi)蒙古寧城人，高級工程師，大學本科，主要從事選礦咨詢設計工作，現(xiàn)任中國恩菲工程技術有限公司選礦室主任。

TH222

B

1003-8884(2014)01-0054-03