長距離帶式輸送機的初步設計選型

趙翔，王榮，汪瑞敏，呂亞偉

帶式輸送機具有地形適應性強、輸送量大、運輸效率高、運營維護成本低、可連續作業等特點，廣泛應用于建材礦山破碎后的石灰石礦石輸送[1]。在帶式輸送機建設項目的前期方案設計階段，一般僅能收集到項目建設規模、礦山開采運輸情況、擬定線路地形條件等資料，只能根據已有資料，假定部分因素條件進行前期階段的設計選型，確定帶式輸送機的設計輸送量、帶速、帶寬等設計參數，為項目的詳細設計作準備。

本文以浙江某布置長度約7.5km 的長距離帶式輸送機項目為例，簡要介紹了帶式輸送機項目前期方案設計階段中各影響因素選取、設計參數計算的工作過程。

1 項目概況

浙江某長距離帶式輸送機項目的礦區與水泥廠直線距離約7km，礦山建設規模為600 萬噸/年。石灰石破碎采用錘式破碎機，破碎后的石灰石粒度＜50mm（90%），碎石通過帶式輸送機輸送至水泥廠，輸送機總布置長度約7.5km。因項目前期方案設計階段資料不充分，輸送機沿地面線路架空布置，平面轉彎、縱向凹凸弧、張緊形式等按常規設計考慮。

石灰石礦山工作時間制度為每年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），即帶式輸送機在最大允許承載量時，單位時間輸送物料的理論體積或質量。理論輸送量大小與理論橫截面積、帶速及傾斜輸送時輸送帶承載物料的上部橫截面積縮減系數等因素有關。

2.2 設計輸送量Q

設計輸送量Q，即帶式輸送機單位時間輸送物料的設計體積或質量，受供料方式、線路布置、輸送能力儲備要求等條件影響。在帶式輸送機工程技術標準和設計手冊中，用理論輸送量利用率系數（φ1），將理論輸送量轉換為設計輸送量。

2.3 系統輸送量Q0

系統輸送量Q0，即工程項目設計要求的帶式輸送機單位時間輸送物料的體積或質量，本項目因使用汽車運輸礦石，需考慮礦山生產中給料不均衡的情況。

根據礦山工作時間制度，確定礦山每班有效工作時間為6.66h，年有效工作時間為4 000h，經計算確定本項目系統輸送量Q0為1 500t/h。

2.4 輸送能力核驗

本項目前期方案設計階段選定的帶式輸送機輸送能力應滿足式（1）要求[2]：

當計算所得的設計輸送量Q≥Q0=1 500t/h 時，設計選型滿足要求。

3 影響輸送能力的因素

3.1 設計輸送量

根據帶式輸送機工程設計資料，帶式輸送機設計輸送量計算公式為[3]：

式中：

Q——設計輸送量，t/h

φSt——傾斜輸送時，輸送帶承載物料的理論橫截面積縮減系數

φ1——理論輸送量的利用率系數，根據工程的工藝要求、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

帶式輸送機的理論橫截面積，根據輸送帶承載物料的有效寬度、承載托輥的數量、托輥長度、槽角及物料的動堆積角等因素確定，水平輸送時，其計算公式為：

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個托輥、5個托輥），m2

A3——輸送帶承載物料的下部橫截面積（2 個托輥～5個托輥），m2

帶式輸送機承載托輥組有多種形式，托輥數量在1～5 個之間。國內工程項目通常選用承載托輥數量為3 個的托輥組形式，其理論橫截面積如圖1所示。

圖1 3個托輥的輸送帶承載物料的理論橫截面積示意圖

當輸送帶承載托輥組為圖1所示的形式時，式（3）可轉換為式（4）[4]：

式中：

l3——承載托輥組中間托輥的長度，m

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

λ——槽型托輥組的槽角，°

θ——物料的動堆積角，°；與物料的流動性、粒度及組成、形狀、含水率等因素有關，也與帶式輸送機的帶速、長度等參數有關

3.3 傾斜縮減系數

長距離帶式輸送機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。當帶式輸送機傾斜輸送物料時，受物料重力、內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，計算長距離帶式輸送機的設計輸送量時，應考慮傾斜輸送物料時輸送帶橫截面積縮減因素的影響。

當長距離帶式輸送機運行穩定、給料均勻、輸送的物料粒度小，同時輸送線路中縱向最大傾角δmax不大于物料的動堆積角θ時，傾斜輸送時輸送帶橫截面積縮減系數計算公式為[5]：

式中：

δ——帶式輸送機的傾角，應取線路中的最大傾角，°

為簡化計算，當輸送常用一般特性物料，采用3 個托輥的托輥組、槽角為35°，動堆積角分別為15°、20°、25°時，可通過表1選取對應的輸送帶橫截面積縮減系數φSt。

表1 傾斜輸送時輸送帶承載物料的橫截面積縮減系數φSt

3.4 水平轉彎系數

長距離帶式輸送機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彎輸送段。其中，直線輸送段設計輸送量按式（2）計算。在水平轉彎輸送段，當水平轉彎半徑較小時，輸送帶承載物料的橫截面積有可能比直線輸送段小，此時應考慮水平轉彎段橫截面積減小因素的影響。

在長距離帶式輸送機前期方案設計階段，通常按水平轉彎半徑足夠大考慮，不考慮水平轉彎系數，水平轉彎段輸送帶承載物料的橫截面積不變。詳細設計階段應根據水平轉彎段的托輥組形式、托輥數量、托輥槽角、托輥組內曲線抬高角等因素，核算水平轉彎段輸送帶承載物料的橫截面積[6]。

4 設計參數計算及設備選型

根據本項目輸送線路現場踏勘情況，在衛星圖上初步確定長距離帶式輸送機線路的直線輸送段和水平轉彎輸送段，再按照上述計算公式，計算帶式輸送機帶速、帶寬、設計輸送量等設計參數，進行設備選型。

4.1 帶速、帶寬設定

長距離帶式輸送機的帶速ν，應根據輸送機工藝要求、環境條件、長度、輸送量、輸送機帶寬B等因素綜合考慮確定。通常長距離帶式輸送機宜選擇較高的帶速。這是因為，適當增大帶速可以減小帶寬，進而減小輸送帶的張力，在經濟上是有益的[7]，本項目的帶速ν暫定為3.15m/s。

長距離帶式輸送機的帶寬B，受輸送機輸送物料的最大粒度及粒度組成、物料的動堆積角等因素影響。為達到要求的設計輸送量，輸送機帶寬B應與輸送機帶速ν綜合考慮確定，并應符合現行國家標準中關于帶寬的規定。根據選定的帶速，本項目輸送機帶寬B暫定為1.200m。

輸送機帶寬還應根據輸送物料的尺寸及特性進行校核，當動堆積角為20°～30°時，不同帶寬輸送常用物料的允許最大粒度可參考表2[5]。本項目輸送的物料為錘式破碎機破碎后未經篩分的石灰石，粒度＜50mm（90%），參考表2中數據，帶寬的選擇符合要求。

表2 帶式輸送機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、利用率系數、水平轉彎系數選用

因缺少長距離帶式輸送機線路的地形資料，在前期方案設計階段，本項目縱向最大傾角按不利條件考慮，設定縱向最大傾角為上行16°，再根據式（5）計算或查閱表1確定傾斜輸送物料時的傾斜縮減系數。本項目輸送物料為破碎后的塊狀石灰石，采用3個托輥的托輥組，托輥組的槽角為35°，物料的動堆積角為20°，輸送時輸送帶橫截面積傾斜縮減系數φSt取0.87。

本項目礦山破碎車間采用汽車運輸方式，將礦石送至破碎機卸料，考慮汽車運輸供料的波動，以及長距離帶式輸送機工況的復雜性，理論輸送量利用率系數φ1取0.70。

在本項目前期方案設計階段，帶式輸送機水平轉彎半徑按足夠大考慮，水平轉彎段橫截面積縮減系數取1.00。

4.3 理論橫截面積計算

本項目帶式輸送機理論橫截面積按式（4）計算，在帶速、帶寬已設定的條件下，查閱《DTII（A）型帶式輸送機設計手冊》[8]而確定，帶式輸送機各影響因素選取和設計參數計算結果見表3。

表3 帶式輸送機各影響因素、設計參數計算結果

4.4 設計輸送量計算及設備選型

將表3 中的相關參數代入式（2），計算得出本項目的設計輸送量Q為1 653t/h，Q≥Q0=1 500t/h，滿足式（1）要求，因此本項目長距離帶式輸送機前期方案設計階段的設備選型確定為：

系統輸送量Q0=1 500t/h，帶速ν=3.15m/s，帶寬B=1.200m，設計選型滿足前期方案設計階段工程設計要求。

5 結語

（1）本文介紹了帶式輸送機前期方案設計階段設計輸送量、帶速、帶寬等主要設計參數的計算、選型方法，為詳細設計階段奠定了基礎。

（2）在帶式輸送機前期方案設計階段，設計所需資料不足，需根據設計手冊和經驗，對部分影響因素和設計參數進行合理假設和設定。

（3）帶式輸送機設計選型的影響因素較多，涉及較多的設計參數、計算公式，且部分設計參數、計算公式存在相互影響、互為引用的情況。