長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的初步設(shè)計(jì)選型

趙翔，王榮，汪瑞敏，呂亞偉

帶式輸送機(jī)具有地形適應(yīng)性強(qiáng)、輸送量大、運(yùn)輸效率高、運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低、可連續(xù)作業(yè)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建材礦山破碎后的石灰石礦石輸送[1]。在帶式輸送機(jī)建設(shè)項(xiàng)目的前期方案設(shè)計(jì)階段，一般僅能收集到項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模、礦山開(kāi)采運(yùn)輸情況、擬定線路地形條件等資料，只能根據(jù)已有資料，假定部分因素條件進(jìn)行前期階段的設(shè)計(jì)選型，確定帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)輸送量、帶速、帶寬等設(shè)計(jì)參數(shù)，為項(xiàng)目的詳細(xì)設(shè)計(jì)作準(zhǔn)備。

本文以浙江某布置長(zhǎng)度約7.5km 的長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)項(xiàng)目為例，簡(jiǎn)要介紹了帶式輸送機(jī)項(xiàng)目前期方案設(shè)計(jì)階段中各影響因素選取、設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算的工作過(guò)程。

1 項(xiàng)目概況

浙江某長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)項(xiàng)目的礦區(qū)與水泥廠直線距離約7km，礦山建設(shè)規(guī)模為600 萬(wàn)噸/年。石灰石破碎采用錘式破碎機(jī)，破碎后的石灰石粒度＜50mm（90%），碎石通過(guò)帶式輸送機(jī)輸送至水泥廠，輸送機(jī)總布置長(zhǎng)度約7.5km。因項(xiàng)目前期方案設(shè)計(jì)階段資料不充分，輸送機(jī)沿地面線路架空布置，平面轉(zhuǎn)彎、縱向凹凸弧、張緊形式等按常規(guī)設(shè)計(jì)考慮。

石灰石礦山工作時(shí)間制度為每年300d，每天2班，每班8h。

2 輸送能力確定

2.1 理論輸送量QV（Qm）

理論輸送量QV（Qm），即帶式輸送機(jī)在最大允許承載量時(shí)，單位時(shí)間輸送物料的理論體積或質(zhì)量。理論輸送量大小與理論橫截面積、帶速及傾斜輸送時(shí)輸送帶承載物料的上部橫截面積縮減系數(shù)等因素有關(guān)。

2.2 設(shè)計(jì)輸送量Q

設(shè)計(jì)輸送量Q，即帶式輸送機(jī)單位時(shí)間輸送物料的設(shè)計(jì)體積或質(zhì)量，受供料方式、線路布置、輸送能力儲(chǔ)備要求等條件影響。在帶式輸送機(jī)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)手冊(cè)中，用理論輸送量利用率系數(shù)（φ1），將理論輸送量轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)輸送量。

2.3 系統(tǒng)輸送量Q0

系統(tǒng)輸送量Q0，即工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求的帶式輸送機(jī)單位時(shí)間輸送物料的體積或質(zhì)量，本項(xiàng)目因使用汽車(chē)運(yùn)輸?shù)V石，需考慮礦山生產(chǎn)中給料不均衡的情況。

根據(jù)礦山工作時(shí)間制度，確定礦山每班有效工作時(shí)間為6.66h，年有效工作時(shí)間為4 000h，經(jīng)計(jì)算確定本項(xiàng)目系統(tǒng)輸送量Q0為1 500t/h。

2.4 輸送能力核驗(yàn)

本項(xiàng)目前期方案設(shè)計(jì)階段選定的帶式輸送機(jī)輸送能力應(yīng)滿足式（1）要求[2]：

當(dāng)計(jì)算所得的設(shè)計(jì)輸送量Q≥Q0=1 500t/h 時(shí)，設(shè)計(jì)選型滿足要求。

3 影響輸送能力的因素

3.1 設(shè)計(jì)輸送量

根據(jù)帶式輸送機(jī)工程設(shè)計(jì)資料，帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)輸送量計(jì)算公式為[3]：

式中：

Q——設(shè)計(jì)輸送量，t/h

φSt——傾斜輸送時(shí)，輸送帶承載物料的理論橫截面積縮減系數(shù)

φ1——理論輸送量的利用率系數(shù)，根據(jù)工程的工藝要求、物料特性等因素確定，宜為0.7～1.0

A——輸送帶承載物料的理論橫截面積，m2

ν——帶速，m/s

ρ——散狀物料的堆積密度，t/m3

3.2 理論橫截面積

帶式輸送機(jī)的理論橫截面積，根據(jù)輸送帶承載物料的有效寬度、承載托輥的數(shù)量、托輥長(zhǎng)度、槽角及物料的動(dòng)堆積角等因素確定，水平輸送時(shí)，其計(jì)算公式為：

式中：

A1——輸送帶承載物料的上部橫截面積，m2A2——輸送帶承載物料的中部橫截面積（4個(gè)托輥、5個(gè)托輥），m2

A3——輸送帶承載物料的下部橫截面積（2 個(gè)托輥～5個(gè)托輥），m2

帶式輸送機(jī)承載托輥組有多種形式，托輥數(shù)量在1～5 個(gè)之間。國(guó)內(nèi)工程項(xiàng)目通常選用承載托輥數(shù)量為3 個(gè)的托輥組形式，其理論橫截面積如圖1所示。

圖1 3個(gè)托輥的輸送帶承載物料的理論橫截面積示意圖

當(dāng)輸送帶承載托輥組為圖1所示的形式時(shí)，式（3）可轉(zhuǎn)換為式（4）[4]：

式中：

l3——承載托輥組中間托輥的長(zhǎng)度，m

b——輸送帶有效寬度，m；當(dāng)輸送帶帶寬B≤2m 時(shí)，b=0.9B-0.05，當(dāng)B＞2m 時(shí)，b=B-0.25

λ——槽型托輥組的槽角，°

θ——物料的動(dòng)堆積角，°；與物料的流動(dòng)性、粒度及組成、形狀、含水率等因素有關(guān)，也與帶式輸送機(jī)的帶速、長(zhǎng)度等參數(shù)有關(guān)

3.3 傾斜縮減系數(shù)

長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)線路一般沿地面布置，其線路在縱向上包括水平輸送段和傾斜輸送段。當(dāng)帶式輸送機(jī)傾斜輸送物料時(shí)，受物料重力、內(nèi)摩擦角等因素的影響，輸送帶承載物料的上部橫截面積A1將減小。因此，計(jì)算長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)輸送量時(shí)，應(yīng)考慮傾斜輸送物料時(shí)輸送帶橫截面積縮減因素的影響。

當(dāng)長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、給料均勻、輸送的物料粒度小，同時(shí)輸送線路中縱向最大傾角δmax不大于物料的動(dòng)堆積角θ時(shí)，傾斜輸送時(shí)輸送帶橫截面積縮減系數(shù)計(jì)算公式為[5]：

式中：

δ——帶式輸送機(jī)的傾角，應(yīng)取線路中的最大傾角，°

為簡(jiǎn)化計(jì)算，當(dāng)輸送常用一般特性物料，采用3 個(gè)托輥的托輥組、槽角為35°，動(dòng)堆積角分別為15°、20°、25°時(shí)，可通過(guò)表1選取對(duì)應(yīng)的輸送帶橫截面積縮減系數(shù)φSt。

表1 傾斜輸送時(shí)輸送帶承載物料的橫截面積縮減系數(shù)φSt

3.4 水平轉(zhuǎn)彎系數(shù)

長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)線路一般沿地面布置，其線路在平面上包括直線輸送段和水平轉(zhuǎn)彎輸送段。其中，直線輸送段設(shè)計(jì)輸送量按式（2）計(jì)算。在水平轉(zhuǎn)彎輸送段，當(dāng)水平轉(zhuǎn)彎半徑較小時(shí)，輸送帶承載物料的橫截面積有可能比直線輸送段小，此時(shí)應(yīng)考慮水平轉(zhuǎn)彎段橫截面積減小因素的影響。

在長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)前期方案設(shè)計(jì)階段，通常按水平轉(zhuǎn)彎半徑足夠大考慮，不考慮水平轉(zhuǎn)彎系數(shù)，水平轉(zhuǎn)彎段輸送帶承載物料的橫截面積不變。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段應(yīng)根據(jù)水平轉(zhuǎn)彎段的托輥組形式、托輥數(shù)量、托輥槽角、托輥組內(nèi)曲線抬高角等因素，核算水平轉(zhuǎn)彎段輸送帶承載物料的橫截面積[6]。

4 設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算及設(shè)備選型

根據(jù)本項(xiàng)目輸送線路現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，在衛(wèi)星圖上初步確定長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)線路的直線輸送段和水平轉(zhuǎn)彎輸送段，再按照上述計(jì)算公式，計(jì)算帶式輸送機(jī)帶速、帶寬、設(shè)計(jì)輸送量等設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行設(shè)備選型。

4.1 帶速、帶寬設(shè)定

長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的帶速ν，應(yīng)根據(jù)輸送機(jī)工藝要求、環(huán)境條件、長(zhǎng)度、輸送量、輸送機(jī)帶寬B等因素綜合考慮確定。通常長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)宜選擇較高的帶速。這是因?yàn)椋m當(dāng)增大帶速可以減小帶寬，進(jìn)而減小輸送帶的張力，在經(jīng)濟(jì)上是有益的[7]，本項(xiàng)目的帶速ν暫定為3.15m/s。

長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的帶寬B，受輸送機(jī)輸送物料的最大粒度及粒度組成、物料的動(dòng)堆積角等因素影響。為達(dá)到要求的設(shè)計(jì)輸送量，輸送機(jī)帶寬B應(yīng)與輸送機(jī)帶速ν綜合考慮確定，并應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于帶寬的規(guī)定。根據(jù)選定的帶速，本項(xiàng)目輸送機(jī)帶寬B暫定為1.200m。

輸送機(jī)帶寬還應(yīng)根據(jù)輸送物料的尺寸及特性進(jìn)行校核，當(dāng)動(dòng)堆積角為20°～30°時(shí)，不同帶寬輸送常用物料的允許最大粒度可參考表2[5]。本項(xiàng)目輸送的物料為錘式破碎機(jī)破碎后未經(jīng)篩分的石灰石，粒度＜50mm（90%），參考表2中數(shù)據(jù)，帶寬的選擇符合要求。

表2 帶式輸送機(jī)的帶寬與輸送常用一般特性物料的允許最大粒度范圍*，mm

4.2 傾斜縮減系數(shù)、利用率系數(shù)、水平轉(zhuǎn)彎系數(shù)選用

因缺少長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)線路的地形資料，在前期方案設(shè)計(jì)階段，本項(xiàng)目縱向最大傾角按不利條件考慮，設(shè)定縱向最大傾角為上行16°，再根據(jù)式（5）計(jì)算或查閱表1確定傾斜輸送物料時(shí)的傾斜縮減系數(shù)。本項(xiàng)目輸送物料為破碎后的塊狀石灰石，采用3個(gè)托輥的托輥組，托輥組的槽角為35°，物料的動(dòng)堆積角為20°，輸送時(shí)輸送帶橫截面積傾斜縮減系數(shù)φSt取0.87。

本項(xiàng)目礦山破碎車(chē)間采用汽車(chē)運(yùn)輸方式，將礦石送至破碎機(jī)卸料，考慮汽車(chē)運(yùn)輸供料的波動(dòng)，以及長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)工況的復(fù)雜性，理論輸送量利用率系數(shù)φ1取0.70。

在本項(xiàng)目前期方案設(shè)計(jì)階段，帶式輸送機(jī)水平轉(zhuǎn)彎半徑按足夠大考慮，水平轉(zhuǎn)彎段橫截面積縮減系數(shù)取1.00。

4.3 理論橫截面積計(jì)算

本項(xiàng)目帶式輸送機(jī)理論橫截面積按式（4）計(jì)算，在帶速、帶寬已設(shè)定的條件下，查閱《DTII（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[8]而確定，帶式輸送機(jī)各影響因素選取和設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 帶式輸送機(jī)各影響因素、設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算結(jié)果

4.4 設(shè)計(jì)輸送量計(jì)算及設(shè)備選型

將表3 中的相關(guān)參數(shù)代入式（2），計(jì)算得出本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)輸送量Q為1 653t/h，Q≥Q0=1 500t/h，滿足式（1）要求，因此本項(xiàng)目長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)前期方案設(shè)計(jì)階段的設(shè)備選型確定為：

系統(tǒng)輸送量Q0=1 500t/h，帶速ν=3.15m/s，帶寬B=1.200m，設(shè)計(jì)選型滿足前期方案設(shè)計(jì)階段工程設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）本文介紹了帶式輸送機(jī)前期方案設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)輸送量、帶速、帶寬等主要設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算、選型方法，為詳細(xì)設(shè)計(jì)階段奠定了基礎(chǔ)。

（2）在帶式輸送機(jī)前期方案設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)所需資料不足，需根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)部分影響因素和設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行合理假設(shè)和設(shè)定。

（3）帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選型的影響因素較多，涉及較多的設(shè)計(jì)參數(shù)、計(jì)算公式，且部分設(shè)計(jì)參數(shù)、計(jì)算公式存在相互影響、互為引用的情況。