雙向管狀帶式輸送機在物料輸送工程中的應用

吳長武，畢 琳，宋寶華，張旭君

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176）

0 引言

雙向管狀帶式輸送機是一種新型的物料清潔輸送設備，它具有密閉環(huán)保性能良好，輸送路由布置靈活、輸送提升傾角大、可在復雜地形條件下進行長距離清潔輸送等特點。并且雙向管狀帶式輸送機還有物料輸送倒運次數(shù)少、運輸效率高、施工安裝和維修維護方便以及系統(tǒng)運行時安全可靠等優(yōu)勢，因此在冶金行業(yè)的散狀物料輸送中得到廣泛應用。本文通過分析雙向管狀帶式輸送機在本鋼板材煉鐵廠新建360 m2燒結(jié)機輸送系統(tǒng)工程中的具體應用特點和設計經(jīng)驗，助力該物料清潔輸送設備在冶金行業(yè)得到更好的推廣和運用。

1 雙向管狀帶式輸送機的結(jié)構(gòu)和特點

1.1 雙向管狀帶式輸送機的典型結(jié)構(gòu)

雙向管狀帶式輸送機結(jié)構(gòu)包含頭部、尾部、受料點、卸料點、拉緊裝置、翻帶裝置、防脹管裝置等。雙向管狀帶式輸送機膠帶在承載段和回程段都布置為圓管狀，膠帶經(jīng)過翻帶裝置后，相應回程段也可以進行物料輸送。

1.2 雙向管狀帶式輸送機的性能特點

雙向管狀帶式輸送機具有以下幾個突出性能特點：

（1）物料運輸過程是一種密閉的狀態(tài)，物料不會散落和飛揚，也不會由于外界刮風和下雨等因素，造成對環(huán)境的污染。

（2）輸送工藝路由可進行水平、垂直曲線布置，轉(zhuǎn)彎處無須轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)，故布局簡單。可有效降低輸送系統(tǒng)設備投資，并有效的降低系統(tǒng)的故障率，有利于企業(yè)的生產(chǎn)組織和管理。

（3）管狀帶式輸送機將物料包裹輸送，增加了物料間及物料與膠帶間的接觸面積和摩擦力，因此管狀帶式輸送機可以實現(xiàn)較大傾斜角度的提升。

（3）由于管狀帶式輸送機膠帶形成圓管狀，棧橋?qū)挾戎幌喈斢谙嗤斔土科胀◣捷斔蜋C的一半，故占地面積較小。

（5）由于物料被包圍在圓管膠帶內(nèi)進行輸送，物料倒運減少，可以有效的保證物料質(zhì)量，防止物料的損耗。

（6）雙向輸送物料可以提高管狀帶式輸送機的使用效率。

2 雙向管狀帶式輸送機在本鋼360 m2 燒結(jié)機工程的應用

本鋼板材煉鐵廠新建360 m2燒結(jié)機外配套輸送系統(tǒng)工程主要目的是將新建360 m2燒結(jié)機產(chǎn)出的成品燒結(jié)礦運往高爐礦槽，同時將高爐返礦輸送至原料廠新18 號轉(zhuǎn)運站處，以便新建燒結(jié)車間使用。由于在以往工程設計中存在工藝路由不夠優(yōu)化，選擇安全系數(shù)過高，導致電機額定驅(qū)動功率很大等不足，造成實際工程中輸送帶、結(jié)構(gòu)架及托輥損害嚴重。因此結(jié)合本工程實際進一步優(yōu)化管狀帶式輸送機的設計，可有效解決上述問題。

2.1 基本設計參數(shù)

雙向輸送管狀帶式輸送機基本參數(shù)：管徑Φ=400 mm（帶寬1 530 mm），帶速V=3.15 m/s，運輸量Q 燒結(jié)礦/返礦=1 200/400 t/h，運輸距離L=1 842 m，升高H=17.5 m。對于管徑、帶速的選取，由于該系統(tǒng)主要輸送成品燒結(jié)礦物料，考慮物料粒度在100 mm 以下，裝料系數(shù)通常在95～100%之間。為降低燒結(jié)礦損耗，管狀帶式輸送機采用中等帶速運行，帶速選用3.15 m/s；經(jīng)計算管徑選用400 mm，實際物料填充率約71%。通常物料的填充系數(shù)一般為75%，滿足設計規(guī)范要求[1]。

2.2 主要設計特點

2.2.1 工藝路由布置

本工程是改造建設類項目，既要考慮前期預留普通通廊的利用，還要繞行、跨越或共架現(xiàn)場已有構(gòu)筑物和地下各類管線。管狀帶式輸送機路由經(jīng)過二個S 型、一個49°水平彎曲及3 個垂直方向凸、凹弧段構(gòu)成。其中在現(xiàn)場布置條件允許的情況下，或彎曲處輸送帶張力大的位置應增大彎曲半徑，彎曲半徑應該大于標準彎曲半徑值。標準彎曲半徑值見表1，表中D 為管徑。

該雙向管狀帶式輸送機路由利用原預留通廊長度900 多米，節(jié)省大量工程投資，不僅滿足了設計技術(shù)參數(shù)的要求，而且充分體現(xiàn)了雙向運輸（承載和回程均送料）、節(jié)能及環(huán)保優(yōu)點。具體路由如圖1 所示。

表1 標準彎曲半徑 /mm

圖1 本鋼板材煉鐵廠新建360 m2 燒結(jié)機外配套輸送系統(tǒng)工程工藝路由圖

2.2.2 驅(qū)動功率計算

根據(jù)工藝路由、輸送物料特性參數(shù)、功率平均分配原則以及尾部驅(qū)動功率通常只需滿足克服回程輸料和摩擦阻力功耗要求，管狀帶式輸送機傳動布置采用頭部2 臺、尾部1 臺電機驅(qū)動形式。通過傳動功率計算，得出每臺電機滿載時額定功率為438.7 kW，根據(jù)驅(qū)動電機富裕度要求選用500 kW高壓變頻電機。在驅(qū)動功率的計算中,綜合模擬摩擦系數(shù)f 的取值非常重要，綜合模擬摩擦系數(shù)決定驅(qū)動功率大小，系數(shù)取值越大功率越大。本工程項目中模擬摩擦系數(shù)f 取值為0.04，主要是考慮工程所在地極端氣候條件。此外綜合模擬摩擦系數(shù)還與管狀帶式輸送機工作條件、設備結(jié)構(gòu)形式及托輥類型等有關(guān)，此系數(shù)可以在表2 模擬摩擦系數(shù)f 和輸送機附加長度L0中選取。

2.2.3 驅(qū)動布置形式

表2 模擬摩擦系數(shù)f 和輸送機附加長度L0

管狀帶式輸送機采用頭部2 臺、尾部1 臺電機驅(qū)動布置形式。驅(qū)動裝置由變頻電動機、

減速機、聯(lián)軸器、制動器及逆止器等構(gòu)成。驅(qū)動設備的固定底座為焊接結(jié)構(gòu)，必須具有足夠剛度。具體頭尾驅(qū)動布置如圖2 所示。

2.2.4 拉緊裝置選擇

圖2 本鋼板材煉鐵廠新建360 ㎡燒結(jié)機外配套輸送系統(tǒng)工程頭尾驅(qū)動布置圖

管狀帶式輸送機拉緊形式有很多種，最主要的有垂直重錘拉緊、液壓拉緊、塔式拉緊、變頻絞車及塔架和絞車裝置組合拉緊。綜合現(xiàn)場實際情況、考慮膠帶張緊力和拉緊行程等因素，本工程管狀帶式輸送機采用雙行程垂直重錘拉緊方式，保證拉緊裝置的張緊力及拉緊行程的設計滿足滿載起動時膠帶不打滑和制動工況的要求。

2.2.5 翻帶裝置設置

管狀帶式輸送機的上下行程膠帶都是管狀，能夠?qū)崿F(xiàn)上行程輸送、同時下行程反向輸送的正反輸送物料形式。為實現(xiàn)在回程中同一管狀膠帶面輸送物料，必須把管狀膠帶翻轉(zhuǎn)180°，使輸送帶帶料的一面仍然為內(nèi)表面，并且膠帶搭接部分在正上方。結(jié)合本工程頭部卸料點相對地坪高，尾部受、卸料點間水平距離較長，以及簡單適用的原則，翻帶裝置采用普通夾棍式引導反轉(zhuǎn)形式。

2.2.6 防脹管裝置

管狀帶式輸送機不同管徑對應物料許用塊度也不同，管徑400 mm 對應最大塊度不能大于150 mm。就管狀帶式輸送機來說，上游來料帶式輸送機頭部漏斗設置鋼格柵和導料槽，漏斗出口設置防脹管結(jié)構(gòu)尤為重要，可以有效避免大塊物料和不均勻來料進入成管段造成停機故障。

2.3 重要部件選型

（1）輸送膠帶選型：管狀帶式輸送機需選用專用管狀輸送膠帶。依據(jù)輸送帶強度公式，具體輸送膠帶規(guī)格的選擇，不僅要根據(jù)物料輸送距離、設備布置形式及膠帶張力等條件的要求，還要考慮輸送膠帶的弧段布置、橫向剛度、使用條件等因素。本工程中專用膠帶需要滿足生產(chǎn)條件的韌性和剛度要求，膠帶應有足夠的的荷載支承性能和成管、成槽性能[2]；安全系數(shù)在正常運轉(zhuǎn)時＞12，伸長率＜1.5%。設計靜安全系數(shù)≮15，耐高溫120 ℃。

（2）輸送機電動機選型：管狀帶式輸送機電動機采用高壓變頻電動機，防護等級IP54，絕緣等級F，滿足滿載啟動的要求，應有可靠的超溫檢測保護裝置。電機額定輸出功率不應小于理論計算得到的管狀帶式輸送機傳動滾筒軸功率的1.5 倍，驅(qū)動設備的總效率應不大于0.8。

（3）減速機選型：管狀帶式輸送機減速器應采用質(zhì)硬齒面平行軸減速機。減速機的額定輸出機械功率應不小于2 倍的管狀帶式輸送機最大出力時的設計計算功率，減速機額定功率不小于電機功率的200%，并需要進行熱容量校核。啟動扭矩大于電機最大扭矩。減速機如果采用自然冷卻方式，還必須符合熱容量校核要求。減速器的選擇還應滿足當?shù)毓ぷ鳝h(huán)境下、重載負荷、每日運行24 小時、每小時起動次數(shù)不少于5 次。

（4）傳動滾筒選型：選擇管狀帶式輸送機傳動滾筒時，要嚴格按照管狀帶式輸送機功率進行計算，其許用扭矩必須滿足相關(guān)要求。傳動滾筒直徑必須大于由膠帶性能決定的最小滾筒直徑。傳動滾筒結(jié)構(gòu)形式采用焊接筒體，輪轂與輪軸之間一般采用脹套聯(lián)接方式。

除以上重要部件外，管狀帶式輸送機還應設置防止膠帶跑偏、扭曲、打滑、撕裂的保護措施，并且配備雙側(cè)事故拉繩裝置。頂部含走道上方設置圓弧形彩鋼板防雨棚，比兩側(cè)走臺寬出200 mm，保證刮風時雨雪不能淋到膠帶上。為檢修及檢查方便，適當設置過橋，并且每隔20 米設置照明。

2.4 變頻驅(qū)動控制

管狀帶式輸送機電機驅(qū)動控制系統(tǒng)目前有調(diào)速型液力耦合器、可控啟動傳輸控制裝置（CST）、變頻調(diào)速裝置等。其中變頻調(diào)速裝置可為電機提供其所需的需求功率，并可根據(jù)電機需求功率的變化，相應地精確調(diào)整變頻器的輸出功率[3]。依據(jù)設備必須滿足24 小時連續(xù)運行，以及在冬季極端天氣或檢修維護工況下，管狀帶式輸送機不僅要滿負荷帶料等其它不利情況下的起動運行和停機平穩(wěn)可靠，還需空載慢速運行。綜合考慮生產(chǎn)控制要求和傳動控制設備投資，最終本管狀帶式輸送機多電機驅(qū)動控制系統(tǒng)采用變頻調(diào)速裝置。

2.5 現(xiàn)場安裝調(diào)試

在現(xiàn)場管狀帶式輸送機安裝調(diào)試過程中出現(xiàn)了膠帶扭轉(zhuǎn)和跑偏問題，膠帶扭轉(zhuǎn)跟彎曲段托輥摩擦力和雨水天氣膠帶阻力改變有重大關(guān)系，而膠帶跑偏主要是安裝壓輥位置不合理、重錘箱中重錘塊偏心及改向滾筒受力不均造成的。通過調(diào)整PSK 板上托輥、改向滾筒軸承座及重錘塊重新擺放有效地消除了扭轉(zhuǎn)和跑偏問題。

3 工程應用效益

本鋼板材煉鐵廠新建360 m2燒結(jié)機外配套輸送系統(tǒng)工程經(jīng)過設計、制造、安裝、調(diào)試及試運行過程，在要求的時間內(nèi)如期建成。自2016 年投產(chǎn)以來，該雙向管狀帶式輸送機在生產(chǎn)過程中運行平穩(wěn)，完全達到了實際生產(chǎn)需求。不但利用原預留通廊，節(jié)約了工程建設投資，而且雙向管狀帶式輸送機全程采用管狀密閉輸送物料，環(huán)保效果顯著，實現(xiàn)了物料清潔運輸。最關(guān)鍵的應用優(yōu)勢是全線采用了大跨越、高強度的鋼結(jié)構(gòu)桁架，不會對沿線的建筑物產(chǎn)生影響。通過幾年來具體的實踐應用，管狀帶式輸送機在物料清潔輸送當中具有良好的使用效果，不僅節(jié)約了工程投資，也降低了企業(yè)的生產(chǎn)運行成本，極大的提高了管理效率和經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著國家環(huán)保要求的日益嚴格，特別是2019 年4 月28 日由生態(tài)環(huán)境部等5 部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推進實施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，此意見中關(guān)于物料輸送環(huán)節(jié)規(guī)定，粉狀、塊狀或粘性物料應采用管狀帶式輸送機等方式密閉輸送。同時，管狀帶式輸送機還具有在長距離、地形復雜、環(huán)保要求高的相關(guān)運輸領(lǐng)域進行應用的性能優(yōu)勢。近幾年，伴隨各行業(yè)領(lǐng)域?qū)軤顜捷斔蜋C的不斷應用，其工程實踐經(jīng)驗也在不斷的積累當中，專用膠帶也在逐漸國產(chǎn)化，現(xiàn)已逐步總結(jié)出一整套較為系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試及檢驗等全面的標準和方法。管狀帶式輸送機技術(shù)正在趨于成熟，未來將會具有更加廣泛的發(fā)展前景。