黃驊港礦石碼頭應用深槽帶式輸送機可行性分析

欒天嶺

（滄州黃驊港礦石港務有限公司，河北滄州 061113）

概要：皮帶機輸送系統是目前專業的礦石碼頭的重要的機械運輸設備。結合礦石碼頭皮帶機輸送送系統的現狀,深入研究分析深槽型帶式輸送機的特點，通過帶式輸送機的各性能特點分析，綜合考慮后續皮帶機建設是否可以采用深槽型帶式輸送機。

引言

隨著近年來我國港口的飛速發展，港口吞吐量位居世界第一，海上經濟帶的不斷融合，作為承接物流運輸的港口碼頭，已逐步從傳統碼頭向現代化、智能化及綠色港口轉變。現代化的通訊手段及控制技術，為港口的科技水平與自動化化水平提供了技術保障。提高工作效率，降低物流成本，形成一體化、無縫銜接的作業體系，加快物流速度，已成為新世代港口建設的必然發展趨勢。

1 礦石碼頭皮帶機輸送系統現狀

黃驊港礦石碼頭一期工程是專業的礦石中轉作業單位，實現進口礦石的“水轉鐵”裝卸作業。皮帶機輸送系統是礦石碼頭的主要水平運輸設備，擔負著礦中中轉作業的主要任務。目前皮帶輸送機主要安裝形式為三托輥型式，三托輥膠帶機為 TD75、DTⅡ 型通用固定式帶式輸送機最基本的安裝形式，因其槽角較小，輸送帶易成型，托輥通用性好（中間托輥與側邊托輥尺寸一致），因而被廣泛應用。

35°槽角的三托輥膠帶機在碼頭輸送系統中的應用時間很長,它的制造、安裝以及維護技術都比較成熟，使其得以廣泛應用。但是,隨著目前皮帶輸送機逐步向高帶速、高運量的方向發展，現有的35°槽角三托輥膠帶機存在著不少問題:

（1）輸送帶跑偏情況嚴重；因設備安裝偏差、膠帶硫化接頭質量欠佳及物料偏載沖擊等因素導致皮帶輸送機運行中易跑偏,并且普通三托輥膠帶機的自糾正能力不高。跑偏帶來輸送帶的磨損，嚴重的會扯傷皮帶；皮帶機運行沿線撒落料嚴重，造成運輸現場環境污染嚴重，額外增大清掃工作量。

（2）上運傾角受到限制；普遍35°帶式輸送機輸送物料時最大上運傾角不大于13°。

（3）運動阻力偏大；在一定的阻力系數下轉動慣量較大,特別是起動時的轉動慣量更大,與大槽角的皮帶輸送機相比，摩擦系數相同的情況下，接觸壓力較小，因而起動困難。

（4）運輸能力較小；在皮帶寬度相同的情況下，在其他因素一致的情況下，槽角越小，料流橫斷面積較小，因此運輸能力與同類槽角皮帶機相比較小。

黃驊港礦石碼頭火車輸送裝車系統，皮帶寬度B=1 200 mm，額定輸送量4 000 t/h，帶速4 m/s，經過近三年的運轉，存在的情況主要與普通三輥膠帶機類似：1、皮帶受物料落料點影響較大，皮帶跑偏嚴重；2、皮帶機托輥架為35°槽角，按照取料機作業特點，皮帶上間歇性的出現物料過滿，在轉接部位灑漏嚴重，造成環境污染;3、物料在皮帶上相對滑動距離較長，易造成皮帶的磨損。

2 深槽型帶式輸送機的特點

2.1 增大槽角可以有效的提高皮帶機糾偏能力

調整輸送機皮帶跑偏需解決可能誘發皮帶跑偏的各個方面的問題；即提高整機抵抗跑偏的能力和皮帶跑偏后機械結構對皮帶自動糾偏回正的能力。

1）增大槽角可以有效提高皮帶的側輥抵抗能力，起到糾偏的效果

皮帶機跑偏是因為皮帶受到一個水平側向作用力造成的，該作用力與可簡化為如圖1 所示的受力分析情況

圖1 皮帶跑偏受力分析

皮帶受到水平方向力N，其可分解為垂直于皮帶側邊的分力N1 和平行于皮帶側邊的分力N2。N2為平行于皮帶側邊的分力，其大小為N2=Ncosθ（θ為皮帶機托輥架的槽角），有公式可以看出，隨著θ的增大，可以有效降低皮帶造成皮帶跑偏的分力。因此增大托輥架的槽角可有提高低側輥的抵抗力，起到糾偏的效果。

2）增大皮帶與側托輥之間沿側托輥徑向方向的摩擦力，起到糾偏效果

如圖1 中的受力分析所示，N1 為皮帶沿側托輥徑向方向對側托輥的作用力。當皮帶跑偏時，側托輥與皮帶之間的摩擦力，可由有效的抵抗皮帶的跑偏。總摩擦力：

F=N1×f

N1=Nsinθ

f—為皮帶與側托輥之間的摩擦系數

由以上公式可得，隨著θ 角的增大，摩擦力F越大，則抵抗皮帶跑偏的能力越大，對皮帶起到很好的防跑偏效果。

3）增大槽角在皮帶跑偏時可增大側邊拉力差，起到糾偏效果

在皮帶的頭尾兩端靠近滾筒的位置，皮帶處于平面狀態，皮帶兩側邊拉力相等。在皮帶機中間位置，當皮帶向一側跑偏時，偏向側拉力會明顯減小，對側的拉力會明顯增加，兩側邊的拉力差會明顯的抑制皮帶的跑偏，起到糾偏的效果。因此槽角越大，跑帶跑偏時，其側邊拉力差值會越大，自糾偏能力則越強。

4）增大槽角可有效地降低皮帶機上料時偏載對皮帶跑偏的影響

皮帶機落料點處，物料經上游皮帶落至下游皮帶時，在下游皮帶上，由于物料重心偏離皮帶機機架的中心線（空載運行，皮帶機居中無問題），易造成皮帶的跑偏。對于相同的皮帶機，增大槽角會使皮帶橫截面的上開口變小，物料可偏離的范圍變小，是物料重心與皮帶機中心線更叫趨向一致，從而降低皮帶輸送機重載作業時跑偏的可能性。

2.2 深槽型帶式輸送機運量可以提高，灑落料得到有效緩解

1）深槽型帶式輸送機運輸能力可以得到提升帶式輸送機輸送能力計算公式：Q=A×V×ρ×η

A—皮帶承載物料的斷面面積，m2；

V—皮帶的速度，m/s

ρ—所運輸物料的密度，Kg/m2

η—傾斜輸送機傾斜角系數。

依據上述公式，在皮帶機傾角，帶速及所運物料相同的情況下，帶式輸送機的輸送量取決于輸送帶可裝載物料的橫截面面積。

圖2 等長3 托輥組截面圖

根據《帶式輸送機工程設計規范》GB50431[4]附錄A 中表1 可得，托輥槽角由35°提高到45°，截面積增加5 %，則相應皮帶輸送機輸送能力可增加5 %。

2）深槽型帶式輸送機灑落料情況可有效降低

降低皮帶跑偏情況的發生可有效的減少皮帶機沿線灑落料情況的發生。增加皮帶機的槽角，皮帶成槽型更好，物料的居中性更好，皮帶機的灑落料情況能得到有效的緩解。

2.3 深槽型托輥組可減少物料與皮帶之間的相對滑動，降低皮帶磨損

在相同散貨運載對象的情況下，摩擦力的大小主要取決于散貨物料之間內應力的大小。物料的內應力來自以下兩個方面。

一方面對于相同寬度的皮帶，隨著槽角的增加，皮帶截面的開口變小，物料在輸送帶上堆積的深度增大，物料深度的增加則可增大底層物料與皮帶之間的摩擦力，使物料達到與皮帶速度一致時，相對運動的距離減少，則可有效降低皮帶的磨損。另一方面，物料的內應力還與皮帶對物料的側向擠壓有關系，槽角越大，皮帶對物料的擠壓作用越大，相應的也提高物料的內應力，同樣可以減少物料與皮帶的相對滑動距離，降低皮帶磨損。

2.4 綜合效果分析

與普通帶式輸送機相比，深槽角帶式輸送機具有以下優點：

1）深槽型帶式輸送機的綜合糾偏能力較強；

2）深槽型帶式輸送機輸送量有所提高，撒落料情框可以得到改善；

3）深槽型帶式輸送機可以減低皮帶的磨損，提高綜合利用率。

3 結語

針對黃驊港礦石取裝線皮帶機目前存在的問題，綜合分析深槽角皮帶機的優點，從皮帶的有效控制跑偏、減少沿線撒落料及降低皮帶磨損三個方面針對目前設備存在的問題進行分析，為黃驊港礦石碼頭續建工程采用深槽型托輥組帶式輸送機可行性分析提供依據。