大型港口带式输送机设计要点及应用

李新宇

（衡阳运输机械有限公司，湖南 衡阳 421002）

0 引言

随着国民经济的发展，水上运输中大宗干散货（例如煤、矿石、砂、散粮、化肥等）运量逐年增加，运输船舶的吨位日趋大型化，因此装卸设备也朝着大型、高效、低能耗方向发展。港口运输机械在散货专业化码头上起着关键作用，而带式输送机作为港口运输机械的重要组成部分之一，为实现港口运输机械可靠、高效、节能、经济运行奠定了基础。本文结合港口运输机械工艺要求及特性，阐述港口带式输送机设计要点及应用情况。

1 港口运输组成及典型工艺

港口运输机械主要包括连续输送机械、港口装卸机械、辅助设备三大类。其中连续输送机械主要以带式输送机为主；装卸机械主要包括各式卸船机、装船机、卸车机、翻车机、堆取料机等；辅助设备主要包括存仓、给料机、计量装置、除铁装置、各类保护装置等。

根据港口的不同用途，以带式输送机为基础，配置不同的装卸机械就可以建成一个有相当能力的进出口码头装卸输送系统，一个系统一般有数个工艺流程，典型的港口装卸输送工艺流程有以下几种：1）卸车（船）→堆料流程；2）取料→装船（车）流程；3）取料→向使用单位输送流程；4）卸车（船）→装车（船）直取流程；5 卸车（船）→向使用单位输送直取流程。

2 港口带式输送机设计总体要求

1）确定合理的转载方式，提出给料装置和卸料装置的要求。

2）理顺输送系统各带式输送机之间的相互关系。起动时受料的输送机先动，停机时给料的输送机先停，当输送机的参数不同，通过这一关系对起动和停机时间提出要求。

3）当不能满足上面的起动和停机顺序的要求时，需要考虑在输送机间增设缓冲料仓，以提高系统的适应能力和系统的运转率。

4）环保要求：对于粉尘大的情况要考虑采用密闭输送或者设置必要的除尘降尘等设备。

5）零部件的标准化和通用化及易损件的供货可能性。

6）选用适应工艺要求倾角的输送机，根据物料特性及工况环境，输送倾角允许上运为15°,下运为10°为宜。

7）相邻托辊组之间的胶带下垂度不得超过1%。

8）带式输送机起制动时，最大工作张力不应超过正常运行时工作张力的1.5 倍。

9）带式输送机凹弧段曲率半径的设计应满足空载起动时胶带不脱离托辊、不产生飘带现象。

3 港口带式输送机设计内容及依据

设计内容主要包括常规的带式输送机设计、动态设计、避免共振设计、零部件设计、电气和控制系统设计等，在系统设计之前应充分了解对设备的要求，主要依据是输送量。料流均匀时能够直接给出，一般应按过载量10%运量设计计算。输送线路的详细尺寸主要包括最大长度、倾角及提长高度和连接尺寸等。物料的主要参数有松散密度、安息角、物料的粒度和最大块度、物料的湿度、磨损性、粘结性和摩擦因数。工作条件和环境状况包括环境温度、使用地点、环保要求等。给料和卸料方法、运转时间、工作天数、服务年限等要求，根据设计要求，尤其要仔细权衡选取最大下垂度、模拟摩擦阻力因数、输送带和滚筒摩擦因数、输送带的安全系数等对输送机系统的稳定、安全、高效运行有很大影响的参数。

4 港口带式输送机部件配置及选取

4.1 驱动部分合理布置及配置

1）驱动装置的布置。驱动装置一般不布置在转载机房内，而选择布置在地面上，以减少机房的规格，同时减速器优先选用平行轴型式，节省系统基建成本。

2）驱动装置的配置。遵循可靠、高效、经济、节能、维护方便的原则，港口带式输送机优先选用普通低压（或高压）加液力偶合器的驱动方式，其中一般原则是按电机驱动功率及机长进行划分：当电机功率N≤150 kW 时，属于短距离胶带机，选用普通型限矩型液力偶合器；当150＜N≤300 kW 时，属于中长距离胶带机，选用加长后辅腔限矩型液力偶合器；当电机功率N＞300 kW 时，属于长距离胶带机,选用加长后辅腔、侧辅腔限矩型液力偶合器，进一步延长启动时间，从而可获得较为理想的启动曲线。

对于长距离（L＞1 000 m）、大运量港口带式输送机可优先选择变频调速或其它软驱动方式，其中以选用变频调速驱动方式较多，主要因为变频调速具有以下优点：（1）交流变频调速装置具有调速范围宽、控制可靠、节能效果明显等特点，易于实现起、制动速度曲线的自动跟踪，能够提供理想的可控起、制动性能；（2）可以控制输送机按设定的"S"形速度曲线起动和制动，以满足整机动态稳定性及可靠性的要求；（3）可以实现多台驱动电机之间的功率平衡,精度较高；（4）能够适应港口运输系统频繁起停要求；（5）变频调速驱动装置还可以提供低速验带速度，方便维护与检修。

对于大功率带式输送机宜选用双滚筒多电机驱动，以降低系统最大张力。从而在保证安全性的前提下，可降低选取胶带型号，节省设备采购成本。

3）模拟摩擦因数的选取及电机富余系数选取。在驱动功率计算过程中，模拟摩擦因数和电机储备系数的合理选取对计算结果影响较大，选取合适的系数以保证输送机系统的顺利运行，同时达到节能降耗的要求。在提供的高质量产品和良好安装施工条件前提下，在工况环境不是特别恶劣的条件下，综合摩擦因数推荐取值为：输送物料为煤，则模拟摩擦因数f=0.020～0.022；输送物料为矿石，则模拟摩擦因数f=0.022～0.025。电机富余系数可取K=1.05，必须经过输送机满载启动附加功率计算核实，保证最终装机容量能够满载顺利启动。

4.2 托辊计算选取及配置

1）托辊的选择主要考虑托辊的承载能力和使用寿命，综合考虑下列因素：载荷的大小及特征、输送带的宽度和运行速度、使用工况条件、输送机的工作制度、输送物料的特性、托辊轴承寿命、托辊密封结构、润滑条件、维修制度等，辊径选取应保证辊子转速控制在550 r/min 以内为宜。

2）港口带式输送机承载段托辊一般按槽形托辊组与槽形前倾托辊组1∶1 配置，托辊间距根据输送物料密度及运量大小取为1.2 m 或1 m。凸弧段间距为正常间距的1/2，落料点缓冲托辊间距为正常间距的1/3。

3）头尾部设置过渡托辊组，以便胶带顺利成槽，头部最小过渡距离不小于2.6 倍带宽，尾部过渡距离应不小于正常托辊间距。回程段应按平行托辊组与V 形托辊组（或前倾）按2∶1 配置，回程托辊间距一般取为2.4～3 m。靠近头部回程段宜设7 组梳形托辊组，回程段改向滚筒布置3组螺旋清扫托辊组（一般指栈桥面），回程段配合使用反V 形托辊组防跑偏，每50 m 布置1 组。其中特别注意，在双向运行胶带机上，应选槽形托辊组加双向可逆上调心托辊组及平行下托辊或V 形托辊加双向可逆下调心托辊组。

4.3 滚筒结构及工艺要求

滚筒轴应为优质锻钢，滚筒壁厚应不小于标准要求且应相应加厚。滚筒筒体采用铸焊结构，轮毂与轮轴之间采用胀套联接。毂与缘之间的焊接必须采用完全穿透的连续焊。铸焊结构的滚筒，其铸焊接盘材料为铸钢，筒体焊接方法为CO2气体保护焊，优先选用剖分式轴承座，传动滚筒及改向滚筒铸胶厚度应在标准基础上加厚。

4.4 拉紧装置的设计及行程选取

港口带式输送机拉紧形式主要有垂直重锤拉紧、重锤车式拉紧、液压拉紧。拉紧行程设计时要考虑胶带本身的伸长量及预留必要的安装余量，采用钢丝绳芯胶带时拉紧行程推荐长度见表1。

表1 拉紧行程长度表

4.5 卸料转载系统设计

1）卸料转载系统主要包括头部漏斗、三通分料器、落料溜管、缓冲对中装置、导料槽等；

2）卸料转载系统应根据物料的最大流量和最大块度进行设计，保证任何工况下溜槽不发生堵料。溜槽截面不小于最大流量通过时的物料截面的4 倍，溜槽截面最小尺寸应不小于输送物料上3 块最大块度叠加的最大尺寸，溜槽倾斜角度不小于60°；

3）卸料转载系统必要位置要设置检视门，法兰联接处垫密封软胶板以防尘、抑尘；

4）三通分料器必须具有重载切换功能，其结构可以承受最大流量和最大块度物料的长期冲击，转换挡板翻动面必须与物料隔离，防止挡板卡死并确保冬季挡板不与溜槽冻结，挡板电动（液）推杆选取的力矩应大于2 倍计算力矩；

5）缓冲对中装置布置在溜槽的下部与下路胶带机导料槽之间，应与下部输送方向倾斜一致，具有缓冲和防止高落差物料对下路胶带机造成的冲击和破坏，同时还具有归中物料的功能；

6）导料槽的布置长度一般不应小于带宽的5 倍，导料槽内部应有足够的空间让物料通过，导料槽高度不小于3块最大块度叠加的最大尺寸，导料槽与输送带之间可以采用防溢裙边密封也可用整条耐磨胶板密封，同时为了减少摩损与运行阻力，一般将导料槽设计成X 型断面；

7）提升式导料槽主要用在多点受料贯通式输送受料点的情况，当使用该点受料时，将侧板放下，不使用该点受料时，将侧板提起，提升高度不小于200 mm，以免影响后方物料通过；

8）耐磨衬板主要用于卸载转载系统中受到物料的冲刷和磨损面，常用的衬板材质有16Mn、耐磨铸铁、高铬钢、双合金焊接衬板、不锈钢等。衬板尺寸不宜过大，重量不应超过25 kg，以便于更换。

5 港口带式输送机安全防护配置

港口带式输送机处于海边，时常有强级风暴，输送机必须具有预防台风掀翻输送带的措施，对堆场内的堆取料输送机及码头上的装卸船输送机必须配置防风链和防风杆。两者均按25 m 设置一套。防风链不工作时放入中间架两侧的链盒内，防风杆不工作时置于输送带下方。同时港口带式输送机本身应严格防护，主要防护人员能够触及到的转动或移动设备；防护所有的切断末端；防护所有在“合理”延伸范围内的运动部件；在工作台、工作场所、通道等提供结实的护栏。

6 港口带式输送机应用

从2002年至今，港口带式输送机先后应用在黄骅港、连云港、天津南疆港、曹妃甸、罗源湾、可门储运码头、浙江舟山码头、珠海高栏港、东吴码头、江阴码头、湄洲湾码头等，带宽最大达2 m，最大运量达8 695 t/h，最大带速6.1 m/s。

7 结语

随着各大型港口的新建、扩建及改造，带式输送机作为港口运输机械的重要组成部分，将有更大更多的应用空间，港口带式输送机设计将得到不断改进和提高，也将产生更多更好的经济效益和社会效益。

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［2］宋伟刚.通用带式输送机设计［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［3］李刚，肖丽君.港口长距离大运量带式输送机驱动方式探讨［J］.水运工程，2011（11）：155-157.

［4］北京起重运输机械设计研究院.DTII（A）型带式输送机设计选用手册［M］.2 版.北京：冶金工业出版社，2013.