回程管狀膠帶機設計

余思均

(中冶賽迪工程技術股份有限公司 重慶 401122)

1 前言

當今，環保已成為社會廣泛關注的問題，不僅對環境保護提出了更高的標準，還對工人安全衛生提出了更高的要求。針對散狀物料運輸領域中的環保問題，膠帶機回程撒料的問題也越來越受到使用方的關注。

膠帶機作為一種散狀物料運輸設備，在冶金、電廠、礦山得到廣泛應用，其中普通帶式輸送機最為廣泛。但是，普通帶式輸送機在設定地點完成卸料后，即使通過多種吹掃和清洗，仍有物料殘留附著在回程膠帶的表面，尤其是對于含水率較高、粘著性較大的物料，其帶面清掃十分困難。帶有腐蝕性的殘留物料和水分會在回程膠帶與下部平行托輥之間的摩擦中沿途灑落。不僅嚴重污染周邊環境，對工人安全衛生造成威脅，需要大量人力、物力銷耗。同時，普通膠帶機的回程帶面是承載面與托輥直接接觸，殘留的物料和水分會磨損、腐蝕、銹蝕托輥和支架等結構，影響膠帶機安全運行和使用壽命，更增加維護成本。近年來，密封性良好的圓管膠帶機得到了應用。但是，對于某些特殊物料，如高爐水渣、碼頭進料，其來料量不穩定，使用圓管膠帶機輸送，承載段出現爆管、塌管的情形時有發生；并且相同帶寬下，圓管膠帶機的運量為普通槽型膠帶機運量的一半左右，經濟性較差，讓使用方一致致力于尋求新的解決方法。

一種新的膠帶機形式——回程管狀膠帶機應運而生，它吸收了普通膠帶機和管狀膠帶機的優點而摒棄其缺點；回程管狀膠帶機的上帶面和普通帶速輸送機的上帶面一致(采用槽型斷面)，下帶面和管帶膠帶機下帶面一致(采用管狀斷面)；同時頭部、尾部采用翻帶裝置，使粘料帶面被管狀膠帶機包裹，避免回程帶撒料、滴水的現象的發生；避免設備和通廊結構被沿途灑落的物料和水分侵蝕。同時上帶面設置封閉結構或機罩，回程管狀膠帶機的清潔化程度與圓管帶式輸送機相當，相同帶寬下其運量更大，對料流不穩定的適應性更強，摩擦阻力更小，能耗更低。

2 阻力計算

阻力計算是回程管狀膠帶機設計的基本內容，對于整個回程卷管的正常運行至關重要。阻力是整套設備功率計算的基礎和核心，是滾筒選型和核算的根本，更是設備提土建荷載的基礎，是設備安全穩定可靠運行的保障。回程管狀膠帶機的阻力計算方法和普通帶式輸送機的計算方法基本相同，但回程管狀膠帶機特有槽型上帶面、管狀下帶面使張力也有自身的特點，主要體現在以下幾個方面。

2.1 阻力系數

回程管狀膠帶機上帶面的阻力系數[1]根據實際工作情況選取，和普通帶式輸送機一致，本文不再贅述；下帶面是管狀，其阻力系數需參照管狀帶式輸送機選取，詳見表1下帶面模擬摩擦系數，上帶面的阻力系數和下帶面的阻力系數需在計算時分別選取。

表1 下帶面模擬摩擦系數[2]

2.2 阻力計算[3]

回程管狀膠帶機上帶面運行過程的阻力種類和阻力計算和普通帶式輸送機一致，在此不再贅述。回程管狀膠帶機下帶面的阻力除包含普通膠帶機的主要阻力外，同時還包含成管阻力、成形阻力、轉彎阻力等附加阻力，下面逐一說明。

2.2.1 成管阻力

主要發生在膠帶由管狀形成平狀的區域，根據相關文獻，成管阻力的經驗計算公式如下：

FROLL=(0.24dp+25)gz1

(1)

式中:dp—圓管直徑，mm；

z1—成管段數量；

g—為重力加速度，m/s2。

2.2.2 成形阻力

根據普利司通相關研究，成形阻力由膠帶的橫向高度產生，橫向剛度在單位長度下轉換成成形阻力的近似公式如下：

(2)

式中:K—普利司通定義的輸送帶剛度(全帶寬為75mm時)，g/75mm;

g—重力加速度，m/s2。

根據相關公司研究，成形阻力主要與輸送帶管徑、輸送機長度和模擬摩擦系數有關，實際設計中，成形阻力依線路和物料不同而不同，因此，輸送帶成形力產生的阻力需要考慮橫向剛度的影響。根據通用帶式輸送機的主要阻力為物料、輸送帶和托輥旋轉部分作用在托輥軸承上的正壓力乘上模擬摩擦系數，實際工程中，考慮近似計算，成形阻力FFORMR計算公式如下：

FFORMR=flFFORM

(3)

式中：f—模擬摩擦系數；

l—圓管段的長度，mm。

膠帶的剛度與成形力的近似轉換關系詳見表2。

表2 標準剛性輸送帶的剛度與成形力的轉換關系

2.2.3 轉彎阻力

根據經驗公式，轉彎阻力計算如下：

Fcu=fFin(sinαH+sinαv)

(4)

式中：αH—水平曲線圓心角，rad；

αv—豎向曲線圓心角，rad；

Fin—曲線段起點張力，N。

根據以上阻力計算公式，結合普通膠帶機的阻力計算公式，可得回程管狀膠帶機的總阻力，根據普通膠帶機的阻力和功率的計算關系，考慮一定的系數，可得回程卷管膠帶機的驅動功率。

3 線路設計

實際使用中，回程管狀帶式輸送機因其固有的特點，下帶面需要翻轉使粘料面被包裹在圓管內，因此翻帶的長度需要合適的取值；下帶面由管狀打開成平狀、平狀卷成管狀時，處于經濟性、可靠性等，需合理的設計過段段的長度；因為上下帶面的不同，膠帶機的凸弧、凹弧半徑需合理設計，避免圓管的塌管[4]，保證運行的穩定性。

3.1 翻帶段長度[5][6]

膠帶翻帶段長度受長度、設備現場布置的限制，考慮設備總體投資的要求，要求翻帶段長度在考慮設備使用壽命和運行穩定性的情況下，盡可能小。膠帶翻轉時，膠帶附加應力會增加，膠帶斷面易撕裂，影響輸送帶壽命。根據日本石橋膠帶機長《膠帶機膠帶設計手冊》中的計算方法，可知基本原理是要求膠帶的邊緣伸長率滿足膠帶本身許可的彈性伸長量，翻帶段長度近似計算如下：

(5)

式中:B—帶寬，mm；

ε—膠帶的許用彈性應變值。

上面的計算中把膠帶當成純線性，同時忽略附加張力，彈性模量，張力區域的影響，實際使用中，需考慮適當的放大。

根據帶式輸送機工程設計規范，EP帶許用彈性應變值取0.01，ST帶許用彈性應變值取0.0025。EP帶翻帶段長度最小可取12.5B，ST帶翻帶段長度最小可取25B。

3.2 過渡段長度[7]

回程管狀輸送機的頭部、尾部過渡段的長度由輸送帶的管徑、類型、允許伸長率決定。過渡段太短，膠帶邊緣有較大的附加張力，過早疲勞損壞；過渡段太長，減少回程回程卷管的包裹長度，回程撒料的區域增加。根據相關經驗公式計算:

EP輸送帶，過渡段長度LG≥25D;

ST輸送帶，過渡段長度LG≥50D。

式中：D—管狀膠帶機管徑，mm。

過渡段緩沖托輥的間距一般為300-500mm，均為槽型托輥，其槽角由10°依次增加至45°，可根據現場情況調整，對膠帶齊導向、支撐和約束作用；然后設一個五托輥組，最上方的2個托輥的傾角根據輸送帶兩邊的搭接方向可調，一般取60°和55°，用于壓低一邊的輸送帶，順利搭接過渡成圓管形，減少邊緣部分磨損；有時還在多邊形托輥組斷面上設置一個壓帶托輥，用來壓低輸送帶的一邊，以此使輸送帶形成管狀。

3.3 轉彎半徑[7]

回程管狀輸送機的斷面形式綜合普通帶式輸送機和圓管帶式輸送機的特點，其凹弧、凸弧半徑不僅要滿足普通帶式輸送機的要求，還需滿足圓管帶式輸送機的要求。

彎曲布置的曲率半徑通常由輸送帶管徑、輸送帶類型及其使用情況等因素決定，曲率半徑的大小，影響輸送帶的最大張力，直接影響輸送帶和托輥的使用壽命，根據已有研究和工程實際使用經驗，推薦如下：

圓管水平、凹弧彎曲時，最小轉彎半徑如下：

EP膠帶，R≥300D；ST膠帶，R≥700D；

圓管水平彎曲和凸弧同時存在時，最小轉彎半徑如下：

EP膠帶，R≥500D；ST膠帶，R≥900D。

式中：D—圓管直徑，mm。

4 結語

目前，回程管狀輸送機已在一些特殊工況和場合逐步開始使用，本文簡要對回程管狀輸送機的參數選擇、阻力計算、功率計算、工藝布置、線路設計等方面進行綜合性介紹，對回程卷管的設計有參考意義，對回程卷管膠帶輸送機的實際應用有一定的指導、推廣作用。某鋼廠水渣輸送膠帶機回程帶面撒料，水渣含水易腐蝕鋼結構，需嚴格控制回程帶面撒料，因此長距離水渣輸送膠帶機采用回程管狀膠帶機，運用本文的設計方法，指導回程卷管膠帶機設計，取得很好的效果。