长距离胶带机在水电工程砂石料系统工程中的应用

唐 瑞

(中国电建集团西北勘测设计院有限公司,西安 710065)

文章编号：1006—2610(2015)04—0055—04

长距离胶带机在水电工程砂石料系统工程中的应用

唐 瑞

(中国电建集团西北勘测设计院有限公司,西安 710065)

文章从长距离胶带机的设计、施工要求及在国内外各个工地的砂石料生产中的应用等方面，对长距离胶带机的使用进行综合性比较，论证了长距离胶机在水电工程中应用的推广意义。

长距离胶带机；砂石料系统；设计；施工；案例；经济指标

0 前 言

随着20世纪90年代以三峡工程为代表的特大及大型水电站的建设以来，中国水电事业正以突飞猛进的速度发展，人们对砂石料工程运输设备的选择更为全面、精细、合理。长距离胶带机在水电行业中的应用，将电站与料场地址的选择变得更加灵活和广阔。

长距离胶带机的特点及优点是：① 速度快、运行效率高；② 对场地地质条件适宜广，产生的动载荷对地基扰动性几乎可以忽略；③ 较多条输送机搭接所需的功率小、维护成本低，但设备一次性投入较大。这些特点能满足大型砂石系统工程施工要求。

1 技术经济指标比较

长距离胶带机具有输送能力强、运输量大、节能环保、比汽车运输费用低等特点。目前在水电系统广泛应用，并都获得成功。本文以向家坝水电站长距离骨料输送线为例，对两方案经济指标进行对比。

向家坝水电站是金沙江梯级开发的最后一级电站，为混凝土重力挡水坝。太平料场和马延坡砂石加工系统(以下简称砂石系统)由太平料场开采区、大湾口半成品加工区、马延坡成品加工区以及长距离带式输送机运输线(两者之间长31.1 km)4部分组成。太平料场位于库区右岸绥江县新滩溪沟内大湾口附近，距坝址公路里程约59 km，直线距离约30 km。

主体工程混凝土平均浇筑强度为34.01万m3/月，计入月不均衡系数1.2后，混凝土高峰月浇筑强度为40.81万m3/月。砂石系统主要担负主体工程约1 220万m3混凝土所需骨料的供应任务，共需生产混凝土骨料2 684万t[1]。

由于本工程砂石料运输强度高，太平料场距坝址公路运距远(里程约59 km，其中有15 km为地方简易公路，另有44 km为四级公路)，直线距离相对较近(约30 km)，并且地势上存在约460 m的天然落差。

根据周围环境及地形特点，半成品物料拟采用2种运输方式。方案1：采用长距离带式输送机运输半成品料至坝区马延坡砂石加工系统。输送线为单线布置，设计输送能力3 000 t/h，由5条带宽为1 200 mm的长距离带式输送机组成，输送线总长约31.1 km。方案2：采用汽车运输半成品料至坝区马延坡砂石加工系统。由于现有的44 km四级公路为水富县至绥江县的唯一交通道路，地方车辆众多，需重新修建1条至少59 km高线二级公路。两方案的运输费用见表1。

表1 长距离胶带机运输与汽车运输费用比较表

缺点：方案1主要存在设备费用一次性投入较大；方案2主要存在运距远、前期对当地社会运输干扰大且运输保证性偏差、运输车辆投入多等。

砂石系统输送半成品骨料量2 680万t。采用长距离胶带机运输，不考虑设备残值回收，其总价为62 869万元；采用自卸汽车运输，新建公路方案土建费用不考虑，其总价为126 496万元。方案1比方案2的总价节约126496-62869=66627万元。

综合以上各因素，对于大型、特大型砂石系统，采用长距离胶带机运输优于汽车运输方式。

2 长距离胶带机设计

长距离胶带机设计包括：托辊组导来摩擦系数、转弯半径的确定；转弯托辊组结构、驱动、制动设计及转弯的措施。

2.1 托辊组导来摩擦系数

按3节槽形托辊组计算托辊组导来摩擦系数，根据工况选择合理的槽角与抬高角度，计算摩擦系数μ0[2]：

(1)

式中：γ为承载段托辊内侧抬高角；μ为托辊与胶带之间摩擦系数；φ0为槽角；K1、K2、K3为托辊上的载荷分配系数。

2.2 转弯半径

转弯半径的计算与导来摩擦系数、转弯段张力值、胶带强度、运行阻力系数、转弯角度等有直接关系。在条件允许的情况下转弯半径越大越好，通常转弯半径是有限的，如果3节托辊组无法满足较小转弯半径，就要用4节托辊组来实现。

计算公式如下[3]：

(2)

式中：Sy为沿输送带运行方向直线段与曲线段相遇点输送带的张力，N；qt′为承载分支转弯处托辊旋转部分线质量;μ0为导来摩擦系数;ω′为承载分支托辊与输送带沿托辊运行阻力系数;R为满足力学条件的最小转弯半径;qd为输送带的线质量;θ为转弯角度。

2.3 转弯托辊组结构

转弯段托辊组的结构与胶带能否正常转弯有着直接关系。首先不能出现跑偏、撒料、撕带等现象，其次要结构简单，调节性好。通常胶带机直线段采用35°槽形托辊，转弯段托辊组可选用3节45°槽形托辊来实现平面转弯，槽形托辊安装孔设计成前后可调节结构，在边支柱上设计挡偏装置防止胶带跑偏。

2.4 驱动方案

针对长距离输送机驱动方案配置采用高压电动机、联轴器、液体黏性软启动装置、减速器、柔性联轴器、滚筒的配置方式。该方案成本低，安全可靠。电动机、软启动装置、减速器直接安装在驱动底座上，软启动装置通过联轴器分别与电动机、减速器轴相连。

2.5 制动方案

长距离胶带机惯性力很大，因此都必须配置可靠的制动器来保证输送机安全可靠的平稳停车。制动器主要技术性能要求：① 使带式输送机停车减速度保持在0.05～0.3 m/s2范围内；② 最大制动力矩整定方便；③ 控制或拖动系统突然断电或保护停车指令发出时，能可靠制动直至平稳停车；④ 制动<10次/h，制动盘表面温度小于150 ℃；⑤ 具有先进、可靠的超速、打滑检测及保护功能；⑥ 液压系统调试、安装方便，工作可靠性高。

2.6 实现转弯的措施

长距离胶带机的转弯是靠托辊组的内曲线抬高来实现的，可以直接抬高托辊组，也可以抬高中间架或抬高支腿等。采用抬高内侧支腿使皮带机平面转弯，应用较多。

3 长距离胶带机安装

长距离胶带机安装有：主要施工设备配置；设备安装主控项目的检查、调试、验收、联动试运行[4]。

3.1 主要施工设备配置

长距离胶带机主要施工设备见表2。

表2 长距离胶带机主要施工设备表

3.2 安装主控项目

皮带机安装质量直接影响皮带的正常运转与安全生产。因此为确保带式输送设备安装工程的质量，确保设备安全运行，必须按规范[5]进行安装。

3.2.1 输送设备安装工程施工前的检查要求

机电设备无变形、损伤和锈蚀，包装良好，钢丝绳不得有锈蚀、损伤、弯折、打环、扭结、裂嘴和松散现象；

设备就位前，按施工图和有关基础、支承建筑结构的实测资料，确定输送主要设备的纵、横向中心线和基准标高点，作为设备安装的基准。

3.2.2 驱动部分、安装用控制点位置、安装精度

(1) 驱动部分安装

驱动装置安装顺序：驱动架→电动机、CST→检测电机、CST轴同心度，作记录→联轴器→安全罩→螺栓紧固。

安装注意事项：① 电机、CST的地脚螺栓开始安装时不要紧定，留有调节余地；② 安装完毕，经检测，均达到安装精度后，将所有螺栓、顶丝最终固紧。

(2) 安装用控制点位置

安装使用的基准线，应能控制设备的安装尺寸和安装精度。设置安装基准线用的基准点应牢固、可靠、便于使用，并应保留到安装验收合格后。

安装检测必须使用达到精度要求、并经国家计量检定机构检定合格的仪器设备。在安装工作中使用的所有材料，应有产品质量证明书，并应符合施工图纸和国家有关现行标准的要求。

(3) 安装精度要求

托辊辊子上表面应位于同一平面上或者在相同半径的弧面上。其相邻3组托辊辊子上表面的高低差不得超过设计规范[5]。

机架中心线对输送机纵向中心线的同度误差、输送架中心直线度应符合文献[5]要求，并保证任意25 m长度内直线度为5 mm。垂直于滚筒机架纵向中心线的平面内，机架横截面两对角线长度之差，不大于两对角线长度平均值的3‰；直线段中间架的宽度允许偏差为±1.5 mm，高低差不大于间距的2‰；

3.2.3 轨道敷设要求

钢轨敷设前，按其制造标准检查直线度、扭曲和端面质量，合格后方可敷设；固定钢轨用的压板、螺栓等紧固件，其安装位置正确，并与轨道密切贴合、切实锁紧。

轨道中心线与输送机纵向中心线重合，其偏差不大于2 mm。

轨道的接头间隙不大于2 mm，接头处工作面的高低差不大于0.5 mm，左右偏移不大于1 mm；轨距的允许偏差为±2 mm；轨道直线度每米不大于2 mm，在25 m长度内不大于5 mm；全长不大于15 mm。

3.2.4 输送带的连接

输送带的连接通常采用的是硫化连接，连接后的胶带应平直，主要控制参数指标：任意段胶带上测量10 m处，其长度直线度偏差不大于20 mm。

(1) 作业平台与硫化热板为同一平面原则搭设。将两端胶带重叠在硫化热板上，在两端胶带上划出中心线。

(2) 钢丝切除在剥离后的两面做出加工尺寸线，离余量侧 25 mm位置开始沿钢丝间的橡胶切除，用溶剂擦拭钢丝。

(3) 盖胶。上侧胶顺序：缓冲胶→芯胶→覆盖胶；下侧胶顺序：覆盖胶→芯胶→缓冲胶→边胶。将下侧成型好的覆盖胶贴于两端加工部位的覆盖胶上；缓冲胶，在成型好的下盖胶上从中间向两边排列直线性钢丝，边排边贴充填胶。边胶：排列好的钢丝两侧贴上边胶，边胶稍宽于胶带宽度排。

(4) 硫化：在胶接部两侧放上压条，压条厚度应比本体胶带薄0.5～1 mm；将垫布放入整个加工面，再将硫化机压杆均匀、一致紧固组装；控制力的变化、升温及硫化时间；硫化后冷却至120 ℃以下时，方可卸压。注意：硫化机长度与胶接部相比，必须有 300 mm以上的余量，对胶接部必须一次硫化成功[6]。

4 工程应用

4.1 龙滩水电站

龙滩水电站大坝工程混凝土骨料采用长距离带式输送机输送，在中国水电行业首次采用[7]。带式输送机起点位于大法坪砂石加工系统，终点位于大坝混凝土生产系统，全长4 km，设计输送能力3 000 t/h, 带宽1 200 mm，带速4.0 m/s，驱动功率3×560 kW。

4.2 锦屏二级水电站

锦屏二级水电站隧洞开挖料采用长距离带式输送机运输至模萨沟弃碴场，输送线起点位于东引2号施工支洞与1号引水隧洞交点，终点位于模萨沟弃碴场高程1 600 m的末端，全长约5.8 km，设计输送能力2×2 800 t/h，采用双线上、下层布置，带宽1 400 mm，带速3.15 m/s，总落差为-135 m[8]。

4.3 龙开口水电站

龙开口水电站主体工程混凝土骨料采用长距离带式输送机输送，在中国水电行业首次采用水平转弯布置方案[9]。输送机起点位于燕子崖砂石加工系统，终点位于坝区转料堆，全长约6.0 km，设计输送能力2 500 t/h，带宽1 200 mm，带速4.0 m/s，总落差为-130 m，输送总量约770万t。

4.4 向家坝水电站

向家坝长距离骨料输送线，负责输送大坝主体混凝土用半成品骨料的任务。由5条长距离带式输送机组成，总长约31.1 km，跨越云南省水富、绥江两县，是目前世界上投入运行最长的胶带机输送线之一。输送线主要布置在隧洞内(洞线穿越高山、溪沟)，隧洞共分为9段，总长约29.3 km，主洞断面净空尺寸为：5 m(宽)×4 m(高)。输送能力为3 000 t/h，带宽1 200 mm，带速4.0 m/s，总落差为-458 m，总装机功率约为10 350 kW[10]。

5 结 语

综合考虑长距离胶带机的应用，有设计技术成熟、施工节能环保、运行费用低等特点；较其他运输方式比较，有运输安全、环保，故障率低、维护成本小、基础结构简单、可靠性高等优点；但存在长距离胶带机一次性资金投入较大的缺点。在中国大型水电站中因长距离带式输送机不受地质条件影响，产生的动载荷对地基扰动性几乎可以忽略的优点，越来越被工程所接受，特别是在大型水电站工程中，能解决大运输量、长距离的混凝土所需骨料运输任务。其成功的应用案例显现长距离胶带机在水电工程砂石料系统工程中的应用、研究、推广的意义。

[1] 宋立新.向家坝水电站太平料场和马延坡砂石加工系统设计简介[C]//第二届砂石生产技术交流会论文集,2008:53-62.

[2] GB/T17119-1997,连续搬运设备带承载托辊的带式输送机运行功率和张力的计算[S].北京：中国标准出版社，1997.

[3] 张钺.新型带式输送机设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2003:2-3.

[4] 董婷,唐瑞.带式输送机安装简述[J].西北水电，2013,(5):53-54.

[5] GB50270-2010,输送设备安装工程施工及验收规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[6] 汪建军,刘靖彪,郑磊.向家坝水电站骨料输送线安装、调试及运行管理研究[C]//第二届砂石生产技术交流会论文集,2008:154-162.

[7] 龚德宏.龙滩水电站长距离带式输送机设计研究[J].建设机械技术与管理,2006,(11):74-77.

[8] 杨胜军,向松.锦屏二级水电站带式输送系统皮带桥梁安装施工[C]//第三届水电工程施工系统专题交流会论文集,2010:51-58.

[9] 赵明华.大运量、多弧段、长胶带机输送系统在龙开口工程中的应用[C]//第三届水电工程施工系统专题交流会论文集，2010:97-105.

[10] 阮光华.我国水电工程施工运输系统和砂石加工技术发展[C]//第三届水电工程施工系统专题交流会论文集,2010:1-7.

Application of Long-distance Rubber Belt Conveyor in Aggregate & Sand Processing System of Hydropower Projects

TANG Rui

(Northwest Engineering Co., Ltd., Xi'an 710065, China)

Application of the long-distance rubber belt conveyor is comprehensively compared, and the development significance of the conveyor in the hydropower projects is demonstrated in terms of its design, construction requirements and its applications in the aggregate & sand processing operation on the hydropower projects site both at home and abroad. Key words: long-distance rubber belt conveyor; aggregate & sand processing system; design; construction, case; economic indicator

2015-03-13

唐瑞(1979- )，男，四川省蓬安县人，工程师，主要从事水利水电工程施工设计工作.

TV548

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.04.014