大管徑長距離管帶機關鍵技術分析

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.045

摘" 要：為提高管帶機在運輸物料等多個方面的性能，需圍繞管帶機運輸過程中存在的問題及可提升工藝展開分析。一種大管徑長距離管帶機相較于普通帶式輸送機，在基本裝置設置方面并無差異；核心構想是通過輸送帶膠帶、托輥組等，構建管帶機“平攤-管筒-平攤”的運輸方式——能夠使物料被完全包裹在管帶內部，進而在運輸過程中不會暴露在環境中，能夠極大地提高運輸穩定性。此外，大管徑長距離管帶機能夠在很大程度上無視環境的復雜程度，且能夠根據不同需要做出不同調整，靈活性優于普通帶式輸送機。總體來看，大管徑長距離管帶機的設置思路、運行效果、成本控制性均優于普通帶式輸送機，可推廣應用。

關鍵詞：管帶機；大管徑；長距離；防過載；防疊帶；防跑偏；防腐蝕

中圖分類號：TD528.1" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0181-04

Abstract： In order to improve the performance of pipe belt conveyor in many aspects such as transporting materials， it is necessary to analyze the problems existing in the transportation process of pipe belt conveyor and the technology that can be improved. Compared with the ordinary belt conveyor， a large diameter and long distance pipe belt conveyor has no difference in the setting of the basic device; the core idea is to construct the \"flat sharing-tube-sharing\" transportation mode of the pipe belt machine through the conveyor belt， roller group， etc.， so that the material can be completely wrapped in the pipe belt， so that it will not be exposed to the environment in the transportation process， which can greatly improve the transportation stability. In addition， the large diameter and long distance pipe belt machine can largely ignore the complexity of the environment， and can make different adjustments according to different needs， flexibility due to ordinary bag conveyors. Generally speaking， the setting idea， operation effect and cost control of the large diameter and long distance pipe belt conveyor are better than those of the ordinary belt conveyor， which can be popularized and applied.

Keywords： pipe belt machine; large pipe diameter; long distance; anti-overload; anti-stacking belt; anti-deviation; anti-corrosion

管帶機全稱管狀帶式輸送機，主要運用于礦業等工程中的散狀物料輸送作業。在當前社會，環保理念已經深入人心，礦業生產自不例外。如何確保物料輸送過程及轉運點處的粉塵飛揚、沿途遺灑量不超過造成環境污染的上限，已經在全球范圍內引起廣泛重視。在這種情況下，管帶機應運而生。這種設備能夠將散狀的物料包裹在強制形成的管狀膠帶內運輸，相較于普通帶式輸送機，運輸原理并無本質不同。當前的困境是，如何增加管狀膠帶的尺寸（橫截面粒徑）、延長物料運輸距離且保持運輸效率、穩定性不變。為達到這一目標，需圍繞大管徑長距離管帶機關鍵技術展開分析。

1" 大管徑長距離管帶機研發技術背景

1.1" 管帶機的構成與特點

管帶機與普通帶式輸送機的構成、運轉原理基本一致，由頭部、尾部、改向3類具有不同功能的滾筒、驅動裝置、拉緊裝置、托輥組設施、機架、桁架、走臺支架和膠帶等構成。管帶機的主要特點是，①將膠帶設置在前后各3組托輥組內，形成類似“管筒”的形狀。②頭部、尾部、拉緊處與普通帶式輸送機的結構形式幾乎完全一致。③管帶機由普通槽型到形成圓管狀的區間內，需要設置一段“過渡”區域。④需要運輸物料時，物料會被包裹在封閉的圓管形膠帶內。⑤在運輸物料的過程中，由于上下膠帶已經形成了管狀，故輸送機的傳輸方向可以靈活調整。

1.2" 管帶機與普通帶式輸送機的特性對比

根據上文對管帶機構成方式的描述可知，管帶機相較于普通的帶式輸送機，在性能特點方面已經有了很大提升，具體的對比如下。

1）在物料輸送方式方面。普通帶式輸送機在輸送物料時呈現出“敞開式”的特點，即物料放置于運輸皮帶之上，沒有任何保護措施，完全暴露在自然環境之中。由于物料運輸過程中，運輸皮帶長時間處于“動態”，故“振動”是不可避免的，經常導致物料受到各種作用而從皮帶中掉落，進而在多方面造成不良后果。而大管徑長距離管帶機在運輸物料時具有“封閉式”的特點——管帶會從平面轉換為圓管形狀，進而將物料完全包裹于其中。如此一來，即使運輸過程中出現較為劇烈的振動，物料也很難灑落，能夠有效避免損失。

2）空間要求方面的差異性。普通帶式輸送機的運輸帶必須“平放”，且有時在運輸帶上放置的物料較多，為避免碰撞，導致物料灑落，故對運輸沿線的空間要求較大。而大管徑長距離管帶機由于能夠將物料包裹于其中，在運輸沿線無需擔心物料掉落、灑落的情況，故對空間的整體要求較小，在絕大多數沿線范圍內，只需確保“管道”能夠正常通行即可。

3）在最大爬坡和下坡角度方面的差異性。普通帶式輸送機輸送土石、礦渣、原煤時，要求最大角度分別對應15°、20°、18°；大管徑長距離管帶機分別對應的最大角度為25°、30°、27°。對比之下可以發現，大管徑長距離管帶機的適應性更強。

4）下坡輸送限制方面。普通帶式輸送機受“物料在運輸帶上攤放”的影響，故在下坡輸送方面，對單位運輸帶物料堆放規模、運輸速度等均提出了較大限制。而大管徑長距離管帶機由于將物料封閉在管帶內，故適應性得到了極大提升。

5）對復雜地形的適應性方面。普通帶式輸送機在運輸全過程內只能走“直線”，如果受地形地勢影響，必須轉彎時，需要設立中轉站，導致成本增加。而大管徑長距離管帶機可以作水平和垂直彎曲，最小彎曲半徑可以達到45 m，且下坡運輸全程無需設置中轉站，既可以提升運輸效率，又能夠有效降低成本。

6）對施工廠區適應性方面。普通帶式輸送機對現有施工廠區具有較高的要求，在必要情況下，運輸沿線如果存在一些干擾建筑物，則需進行拆除處理。大管徑長距離管帶機具有較強的適應性，在一般情況下無需拆除現有建筑物，調整靈活性極強。

7）輸送物料方面的差異性。普通帶式輸送機在輸送粉塵物料方面具有較強的限制性，這是因為輸送物料過程中只能對物料進行有限防護，極有可能造成環境污染。大管徑長距離管帶機則具有較強的適應性——運輸管線可從平面攤鋪狀態轉變為圓管封閉狀態，能夠對被輸送的物料進行完全防護，幾乎不會造成環境污染。

8）設備維護、運行耗能、造價方面的差異性。普通帶式輸送機的設備維護工作量較大，大管徑長距離管帶機的設備維護工作量較小；前者的設備運行耗能較高，后者較低；前者的綜合造價有時候會超過后者。

1.3" 國內外大管徑長距離管帶機研發歷程

管帶機最早由日本JPC公司提出相關概念并成功研發、使用。我國在20世紀90年代引入了管帶機的安裝、設計、制造技術，從此開始走自主研發的道路。時至今日，我國管帶機系統設計、所有設備的制造均具有自主知識產權，全面實現了設計與生產的“國有化”。現階段，我國的管帶機管徑寬度普遍達到600 mm，連續運輸距離可達到10～15 km。在礦業工程等應用領域的生產需求不斷提升的情況下，進一步擴大管徑、提高運輸距離已經成為管帶機下一步的發展方向。

1.4" 大管徑長距離管帶機研發過程中遇到的主要技術問題

大管徑長距離管帶機之所以尚未普及，是因為存在諸多技術難題，比如，其一，物料運輸需要借助膠帶的粘合及控制作用，如果盲目延長運輸距離，有較大概率會導致膠帶的頭部、尾部出現不受控制的“翻面”或是完全“跑偏”。此外，物料運輸時，在滾筒上發生“折疊”的可能性較高；在轉彎區間也有更大概率出現不受控扭轉。這些很難控制的情況均有可能導致管帶機機組中的某些設備性能受損，降低運輸效率或被迫中斷運輸。其二，管徑加大必然導致的后果是，設備的運動特性會發生變化。受此影響，原有的系統功率計算方法、系統控制方案、系統運輸模擬機制的適用性均會下降，導致相關選型、計算的精準程度以及投入運行后的整體穩定性均會受到影響。其三，管帶機的管狀結構與物料運輸系統的單位負載、總通過量等均具有一一對應的映射關系。如果盲目加大運輸量，很有可能導致系統流量高于系統最大承載力，稍有不慎便可能造成爆管事故，令管帶機受到極大損害。

2" 大管徑長距離管帶機關鍵技術簡析

2.1" 項目概況及大管徑長距離管帶機系統參數選型

某燃煤發電工程的規模達到2×1 050 MW，是我國援助東南亞某國家的示范工程項目。為該燃煤發電工程配備的管帶式輸送機的基本參數如下：輸送機編號為BC3、BC4；帶寬為2 250 mm；額定輸送量達到每小時3 000 t；管帶每秒運輸速率為5.6 m；輸送機的水平長度達到3 900 m，提升高度為12 m，爬升角度為3°，屬液壓張緊拉緊形式。

2.2" 大管徑長距離管帶機的關鍵技術

根據上文所述的大管徑長距離管帶機的研發技術難點，技術人員在本示范工程中，重點解決了以下幾個關鍵問題。

2.2.1" 防過載技術設計

造成管帶機單位物料攜帶量、總運輸量過載的根本原因在于物料裝載源頭處。基于此，需要基于“源頭控制”理念開展相關設計[1]。所采用的方法是，在上料膠帶與運輸膠帶相連接的區域，額外增設“限制抵擋”設施。相關原理是：造成過載的原因并不是現場作業人員或技術管理人員一定要求“額外增加物料”，而是加料機組設備在加料的過程中，其智能化、類人化程度不高，導致總是有超過額定重量、體積的物料進入運輸區。基于此，只需設置有關設施，將這些“多余”的物料擋在運輸管帶之外即可。第一道限料裝置具體設置在上料膠帶與運輸膠帶之間的導流板區域；第二道限料裝置需要設置在圓段入口區域，形成“雙保險”控制機制，能夠有效防止超過額定荷載的物料進入運輸區域，從根本上降低了管帶機爆管事件的發生率。

2.2.2" 防疊帶技術設計

管帶機運行期間，一旦出現“疊帶”情況，則會對膠帶的橫向彈性造成極大損害，而處理“疊帶”的難度也較大，會導致運輸效率大幅度降低、維護成本大幅度升高。為了解決這一問題，技術人員設計了一種“三點控制”防疊帶方法。如圖1所示，以“管筒”狀攜帶物料的膠帶進入運輸線尾端之后，必須確保其“逐漸打開”，即逐漸從管筒狀恢復成平面帶狀。基于此，第一道防疊帶裝置是，限定膠帶“折疊開始距離”，即管筒狀膠帶滑行至該道防護位置之后，圓筒從上方開始打開。一段距離之后設置第二道防疊帶裝置。相較于第一個防疊帶裝置，第二道防疊帶裝置之間的距離會更近且呈現出類似字母“V”的形態。這樣設置的目的在于，可以使膠帶滑行至該位置時，受到“兩端向下攤開”的作用力。進一步向前滑行后，進入第三道防疊帶裝置——與膠帶行進方向垂直關系，且在膠帶寬度兩側分別設置一個，使膠帶以“平滑、不彎曲”的姿態向前滑行。由于這三級防護機制早已對膠帶形成了“進入特定位置后便開始轉換形態”的控制慣性，故可以很好地控制膠帶完成折疊作業，大幅度降低了疊帶事故的發生率。總體構成如下：一條大管徑長距離管帶機一般由尾部過渡段、管狀段、頭部過渡段三部分組成。其中，從尾部滾筒到膠帶形成圓筒狀段被稱為尾部過渡段，受料點一般被設置在該段范圍內。尾部過渡段內膠帶由最初的水平帶，逐漸變化為槽型，最終被卷成圓筒狀（管道狀）。在管狀段內，膠帶會被托輥組強制“裹”成圓筒狀，輸送的物料便會隨著膠帶在圓筒內運行。進入卸料區之后，頭部過渡段膠帶會由圓筒狀逐漸展開，成為平面（帶狀平鋪），到了頭部滾筒后卸料。回程段與承載段基本相同。基于此，可以說大管徑長距離管帶機的輸送過程是：輸送帶平鋪展開受料，封閉圓筒狀運行，最后再度展開卸料。在裝置設置方面，大管徑長距離管帶機與普通帶式輸送機基本一致，均設有驅動裝置、頭部滾筒、尾部滾筒、托輥組及機架；但相較于普通帶式輸送機，大管徑長距離管帶機所使用的輸送帶、托輥組設置方面均有一定的差別。

2.2.3" 防跑偏技術設計

管帶機運輸物料的過程中，隨著運輸距離的增加，膠帶跑偏的概率也隨之增大，故如何防止膠帶跑偏也是一個需要重點解決的問題[2]。所采用的方法是，按照圖2顯示的方式，將管帶機運輸膠帶原本有較高概率出現跑偏扭曲的曲線段，間隔布置成平底狀或尖點狀。為提高防跑偏控制水平，可以對設置在PSK托輥與膠帶運行方向生成的夾角之間的墊片進行調整，進而從根本上降低膠帶扭曲及跑偏的概率。

2.2.4" 防腐蝕技術設計

由于管帶機運輸長時間在野外環境下，故極其容易受到自然界的各種侵蝕。如果針對這種情況無法進行有效處理，則有可能導致設備、材料被穿孔，從而使運輸過程的穩定性大幅度下降。可采用的解決方法是：其一，在設備、設施外表敷設符合國際標準的高等級、高防護性防腐材料。其二，底漆和面漆的層數同樣有嚴格規定——底漆為2層，面漆為3層。具體設計是：①所有鋼構件的材料在現場完成安裝、焊接等固定作業之后，必須集中鍍一層鋅且厚度至少需要達到100 μm。②在鍍鋅作業之前，需對鋼構件表面進行全面清潔，不允許存在任何銹跡，至少需要達到Sa2.5的清潔度，且表面粗糙度應達到“中等”級別。③通過熱浸的方式完成鍍鋅作業之后，為了確保不會發生敦化情況，還應刷一層環氧底漆和一層丙烯酸聚氨酯漆。

2.2.5" 精準啟動控制技術設計

由于單位荷載及運輸距離均得到了提升，故常規的單套驅動裝置可能無法正常發揮作用。基于此，應在頭尾共設置2套驅動裝置，確保管帶機可以精確開車和停車。

2.3" 抗紫外線高強度膠帶選型

作為管帶機的核心構件，膠帶本身的性能對物料運輸效率、質量起決定性作用。因此，需要考慮管帶機投入使用區域的自然環境情況，選擇最合適的膠帶。上述工程地處東南亞熱帶區域（緯度在赤道附近），全年平均溫度近27.0 ℃。因此，該地區的紫外線強度較大，必須選擇具有較高抗紫外線強度的膠帶。最終選擇的膠帶型號為ST1400-2250[3]。該膠帶的特點是，在縱向鋼絲繩上下兩面均設置了橫向增強體，可以作為防撕裂層。表面還包裹一層具有較強耐熱性及抗老化性的膠質材料，足以滿足當地物料運輸需求。

2.4" 大管徑長距離管帶機應用于沉降地質環境的結構優化設計

由于管帶機運輸線設置在野外地區，如果不考慮地下土層情況，則有可能在管帶機投入使用后出現地段沉降問題，屆時有可能導致設備整體損毀[4]。解決該問題的方法為設計貼地勢桁架結構[5]。通過這種方法，管帶機運輸線的荷載不會集中到某個區域，而是會均勻分布，使每一處結構都承載一定的荷載，能夠有效降低因設備導致的沉降發生率。此外，這種結構可有效降低成本投入，與傳統的“桁架+立柱”結構相比，工作量也得到明顯降低[1]，故具有可行性。

3" 結束語

綜上所述，由于礦業工程等多個領域對散狀物料的運輸不斷提出新要求，故管帶機的管徑增大從而提高單位物料攜帶量、增加運輸距離以改善工程現場的整體布局，符合諸多方面的設想[6]。若要實現上述目標，必須解決管帶機運輸物料過程中可能出現的過載、疊帶、跑偏、腐蝕和啟動精度控制不足等問題。除此之外，還應考慮管帶（膠帶）材料是否具有高抗侵蝕、高防輻射性能以及管帶機設置沿線地質條件等問題，最終助力大管徑、長距離管帶機在性能、應用方面的可行性均可達到工程要求，全面提高相關物料運輸的效率和質量。

參考文獻：

[1] 郭行運.管狀帶式輸送機在復雜地形長距離運輸系統中的應用[J].能源技術與管理，2022，47（3）：113-115.

[2] 王云龍，谷顯書，邱桃.高壓變頻器在長距離管狀帶式輸送機中同步與功率分配的應用研究[J].起重運輸機械，2020，（4）：94-96.

[3] 趙國慶，王云龍，廖興文，等.長距離管帶機膠帶安裝用分體式桁架的創新設計與應用[J].科技資訊，2019，17（36）：28-29.

[4] 趙國慶，王云龍，馬小云，等.長距離管帶機多機可控驅動方案的對比研究及應用[J].中國管理信息化，2019，22（23）：72-73.

[5] 陳鵬河.大管徑長距離管帶機關鍵技術的應用探討[J].中國環保產業，2022，（10）：68-72.

[6] 張濤，當翔，蘇聰.酒鋼265 m～2燒結機管帶機系統的應用及改進[J].甘肅冶金，2022，44（3）：37-39.

作者簡介：閆珅起（1990-），男，工程師。研究方向為管帶機。