武穴东南矿业长距离曲线胶带机设计探讨

曹彦斌

(衡阳运输机械有限公司， 湖南 衡阳 421002)



武穴东南矿业长距离曲线胶带机设计探讨

曹彦斌

(衡阳运输机械有限公司， 湖南 衡阳 421002)

针对长距离曲线胶带机在武穴东南矿业砂石输送系统中的应用，探讨了该胶带机的主要技术参数、整机总体布置、设计计算方法、主要部件的配置、启制动控制等。指出了对比原汽车输送的缺陷，该胶带机体现出长距离胶带机输送散状物料的优势。

长距离；曲线胶带机；设计

1 工程概况

该项目胶带机位于湖北武穴市大法寺镇，将砂石骨料从加工中心输送到长江堤岸装船，单机长度为5.776 km，是单机转弯数量较多(8处)、运行线路较为复杂的胶带机；输送线路所在地地形较复杂，沿线有十几个高坡点，胶带机成功取代了原汽车输送方式；胶带机除尾部段为隧道内布置，其它均为露天布置。

该机是采用ISO国际设计方法进行设计计算，用动态分析软件对各种工况进行精确的分析和计算，并以此结果作为整机总体布置、受力分析、结构设计、零部件选型的依据，保证了设计的可靠性和先进性 。

2 主要技术参数及总体布置

2.1 主要技术参数

主要技术参数见表1。

2.2 总体布置

由于输送线路周边障碍物多，地形起伏不断，本工程长距离胶带机具有多点拐弯(最大拐角36.4°)、倾角变化大(-10°～+12°)、高带速(带速4 m/s)、大运量(1800 t/h)的技术特点，且对运行可靠性的要求很高，胶带机布置简图见图1(胶带机从A点运行到B点，沿途共设8段曲线，曲线圆心分别为O1-8)。

图1 胶带机布置

长距离胶带机运行阻力大，为有效地减小胶带机沿线各点的胶带张力，降低工程投资，保证设备运行可靠，应采用多点驱动型式驱动。该胶带机采用“头部双驱动+尾部单驱动(带制动)”方式驱动，驱动装置布置型式见简图2。

表1 主要技术参数

图2 胶带机驱动装置布置

3 设计计算方法

3.1 初步设计计算

初步设计时采用ISO5048国际标准进行计算，包括各种运行阻力，驱动功率和沿线各点张力的计算，并以此计算结果为依据进行总体方案布置和部件选型。

3.2 动态分析计算

再将输送带当作粘弹性体进行动态分析设计计算。动态分析就是将输送带按粘弹性体的力学性质，综合计入驱动装置的启制动特性、各运动体的质量分布、线路各区段的坡度变化、各种运行阻力、输送带的初始张力等因素的作用，建立输送带粘弹性力学模型进行计算，并验证了原计算参数和整机布置的合理性和可靠性。

4 胶带机部件配置

4.1 驱动装置

驱动系统是长距离胶带机设计的关键环节，保证胶带机的启制动过程平稳、可控，减小动态应力。该胶带机采用具有可控启制动功能的液粘性软启动装置，控制胶带机按理想的启制动曲线(图3)启动和制动。其主要优点：可减少启动时的加速度，减小输送带及承载部件的动态载荷；启动过程可通过控制器设置所需要的加速度曲线和起动时间；具有设定启制动速度曲线自动跟踪功能、过载保护功能、多机平衡功能，能够提供理想的可控启制动性能；具有传动效率高、调速范围宽等特点。

图3 S型启动曲线

4.2 滚筒

长距离胶带机的滚筒承受的荷载较大，传动滚筒满足许用扭矩、许用合力要求，直径选用同时满足胶带工作张力限制。改向滚筒选用满足许用合力及包角条件下选用其型号。本机传动滚筒直径取φ1000 mm，所有传动滚筒均采用重型铸焊结构，轮毂与轮轴之间采用涨套联接；改向滚筒根据负载情况，采用铸焊结构和全焊结构，焊后整体退火；滚筒周向和纵向焊缝无损伤，轮毂的铸造质量经磁粉或超声波检验；滚筒表面胶层的形成方式为干式硫化铸胶(传动滚筒为陶瓷包胶)，胶面的物理机械性能均符合GB10595中的规定。

4.3 托辊

根据托辊静、动载荷及寿命计算，托辊直径选用φ159 mm；由于该系统胶带机的张力大，胶带自动纠偏能力强，上托辊设品字形槽形前倾托辊，下托辊设V形托辊，头部和尾部分别布置5组螺旋清扫托辊。

对于该胶带机，其主要阻力由托辊旋转阻力和输送带运行阻力组成，计算表明，两项占60%以上，因此提高托辊辊子的质量尤为重要。托辊采用高性能的大滚珠、大游隙系列托辊专用轴承及高精度的密封圈，密封结构为非接触式迷宫密封结构，密封通道內注入高质量的润滑脂；辊皮采用托辊专用焊缝焊管，其园度等级和壁差均符合严格的ISO国际标准，在高速旋转时产生的偏差非常低；辊辊体两端与轴承座在专用焊机采用CO2气体保护焊，这有效地保证了托辊的防水、防尘性能，降低了托辊旋转阻力。

4.4 拉紧装置

由于通廊具有较高的廊道立柱，胶带机可采用垂直重锤拉紧方式，此种拉紧装置的动态响应快且维护简单，适用于长距离胶带机。

4.5 清扫装置

由于输送的物料粘附性较强，含有一定的水份及粘土，故必须设置性能较好的清扫装置。

本胶带机是条长距离，大功率胶带机，为保证设备正常运转，延长胶带的使用寿命，必须对胶带加强维护，因此对本胶带机设计了二级高分子刀片清扫器、空段清扫器、刮板清扫装置等。

4.6 机架

所有钢结构的制作钢材均进行预处理，达到Sa2-1/2级；为便于机架转运，所有大型机架均为可拆分结构，主机架采用有限元分析；通廊采用“一体化”结构，即中间架、支腿、托辊横梁与绗架成一体构造，即减少通廊空间尺寸又节约用材，且提高了架体的抗振动能力。

4.7 胶带

胶带为钢芯带，钢丝绳芯胶带具有良好的承载性能和成槽性能，胶带覆盖层采用良好的防切割性、耐磨材料，胶带表面无缺陷；胶带的钢芯采用有防锈镀层的钢丝绳，钢丝绳为强度高、柔软性好的产品，经预张拉处理；胶带的供货长度为400 m/卷，使接头数量最少并易于现场安装。

4.8 平面转弯部分

由于受自然地理位置限制，该胶带机全程需设8个转弯点，见胶带机布置简。平面转弯胶带机在曲线段受到输送带张力的作用下产生一个向心合力，使输送带产生向曲线内侧滑移的趋势[1]。平面转弯胶带机的转弯结构设计的关键是产生向曲线外侧的导向力。平面转弯胶带机所采取的措施：内曲线抬高、加大槽角、托辊设置前倾、曲线内侧面设置挡辊、设置压带装置等[2]。

胶带胶带机共设有8处转弯段，故需对每处转弯曲线进行胶带受力平衡、胶带最大许用应力、外侧胶带不脱离托辊来校核转弯曲率半径[3]。考虑整机制造上的一致性最终胶带机转弯承载段托辊采用深槽角60°四辊结构，回程段采用10°V形结构，内曲线均采用可抬高调节(图4)，每处转弯曲线的起始段均设有过渡曲线，在过渡曲线段和凹弧转弯段均设有压带辊(图5)。

图4 转弯托辊结构

图5 压带辊结构

4.9 保护装置

为实现胶带胶带机全程监控和集中控制性能，胶带机两侧每隔50m设一对智能性拉绳开关，在头部落料点、尾部接料点各设一对智能性跑偏开头，并每隔400m设一对智能性跑偏开头，尾部接料点前一组托辊处设A型、B型胶带纵向防撕裂装置各1套，接近头部处设一组打滑检测装置，拉紧装置处设二组行程限位开关。

5 胶带机的启动控制

正常情况下胶带机停机前应将其上的物料卸空，以便下次可空载启动。但是非正常停机时其上会有物料，再次启动即可能为满载启动，因此启动过程参数的确定以满载启动为准。

本机共设三套相同的驱动单元，头部二套，尾部一套，每套驱动单元包括YKK500-4(560 kW)电动机，YNRQD450可控传动装置，电液控制组件，冷却系统等。启动过程为： ①在YNRQD450离合器脱开状态，空载间隔启动3台电动机，时间间隔约10 s左右; ②启动头部二台离合器，开始加速胶带机，采用了S型曲线启动(如图3所示)，加速段时间约为20 s，使带速达到额定值的10%，延迟段时间约10 s，在10%额定带速下运行，然后开始加速，时间约为150 s，使之达到额定带速，启动过程大约180 s。

尾部YNRQD450离合器待该处张力达到一定值时方投入驱动状况，以防止开始时低张力状态下打滑，为此在该处设置了一个胶带张力传感器来进行监视。

为了检修胶带机方便，胶带机设置了验带速度V=0.6m/s，验带必须在空载下运行，只启动头部一套驱动装置，启动时间不小于30 s。

6 胶带机的制动停机控制

停机有正常停机和紧急事故(或系统突然失电)停机两种情况，由于停机过程的动态效应甚至大于启动过程，因此应特别引起注意。本设计在尾部改向滚筒上设一组液压盘式制动器用以协助完成停机过程的控制。

6.1 正常停机

正常停机前，首先停止尾部受料点给料。然后采用YNRQD450逐渐减速，减速大约持续150 s，待带速降至额定带速5%以下，尾部制动器上闸并最终实现停机。

6.2 紧急事故停机

安全保护装置中的拉绳、撕裂、烟雾等一次传感元件动作并发出信号时，视为紧急停机，此外系统突然失电也作为紧急停机工况处理。此时驱动电机断电，YNRQD450离合器脱开，两秒钟后尾部制动器上闸制动停机，紧急停机时间约15 s。

7 结语

该项目原采用50台自卸式汽车输送砂石骨料到江边码头，对沿途道路造成了严重的破坏并造成江边公路交通堵塞，对周边环境也造成较大的污染；采用长距离胶带机输送很好地解决了上述问题，也大大降低了砂石骨料的输送成本(该项目原汽车输送物料到江边码头的运输费用达7元/t，现采用长距离胶带机运输费用不足3元/t)。长距离胶带机作为散装物料输送设备，其低廉的运输成本和良好的经济效益在该项目得到了充分验证，是一种很好的节能降耗、绿色环保输送设备。

[1]宋伟刚. 散状物料胶带机设计[M].沈阳：东北大学出版社，2002：276～280.

[2]孙可文.胶带机械的传动理论与设计计算[M].北京：煤炭工业出版社，1991：14～217.

[3]孙可文.胶带机械的传动理论与设计计算[M].北京：煤炭工业出版社，1991：217～229.

2016-07-26

曹彦斌(1973—)，男，高级工程师，主要从事胶带机特别是长距离、大运量胶带机的设计开发工作。

TH13

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1674-9944(2016)18-0183-02