圆管带式输送机管状输送带扭转分析

胡海君

(太原向明智能装备股份有限公司，山西 太原 030032)

0 引言

随着我国对环保要求的不断提高，圆管带式输送机作为一种在整个输送线路中实现对物料密闭输送的散料清洁输送装备[1,2]，已被广泛应用于煤矿、冶金、矿山、电力等行业中。在生产中，其故障排除与日常维护作为保证圆管带式输送机正常运行的必要措施，也显得尤为重要。

圆管带式输送机是由呈六边形或多边形布置的托辊组将输送带强制卷成圆管状进行物料输送的装置[3]，因其结构特点决定管状输送带在运行过程中不会产生跑偏的现象，从而减少了维护费用，但是允许管状输送带在满足正常运行的条件下产生一定范围的扭转。在圆管带式输送机实际运行过程中，只要日常维护与关键点巡检到位，管状输送带就不会发生大角度扭转的事故和造成重大损失。本文通过对两例圆管带式输送机管状输送带扭转重大事故实例进行分析，并针对事故原因提出预防管状输送带扭转的合理建议，希望能为圆管带式输送机的设计与运维提供一些参考。

1 事故案例

1.1 案例1

某圆管带式输送机主要技术参数如表1所示。该项目机身桁架大部分在山区中，经过林场、农田、丘陵，线路较为复杂。其特点为：卸载部直线段长度仅为73.5 m，距机头约1 400 m范围内有7处立面转弯、6处平面转弯及5处立体转弯，71.4%的立体转弯都处于此高张力区内。

表1 案例1圆管带式输送机技术参数

该项目于2014年5月正式投入运行，在初期遇到恶劣天气情况(主要是暴雨)时，管状输送带偶有小幅度扭转发生，都及时发现并进行了纠正，未影响正常生产，运行基本正常。

2017年7月，该机发生了一次重大管状输送带扭转事故，造成停产一周以上，直接经济损失达100万元以上。

经现场查看发现：

(1) 一处管状输送带接头明显损坏，出现了缩管现象，且已绕过机头传动部与张紧部进入了下输送带成管段内。

(2) 上输送带全线反包，自机尾开始发生胶带扭转。管状输送带承载段距机尾约2 800 m处扭转+2 520°共7圈(沿胶带运行，逆时针为正，下同)；管状输送带承载段距机尾约3 950 m处扭转-2 880°共8圈(沿胶带运行，顺时针为负，下同)，中间部分为正反扭转交汇。

(3) 由于扭转严重，承载段管状输送带展开段的撑带托辊组已无法保证输送带正常打开，导致无法开机运转。

(4) 回程段管状输送带全线为正常运行状态，未发生扭转与反包。

1.2 案例2

某圆管带式输送机主要技术参数如表2所示。该项目布置在山区，设备安装在封闭通廓内，冬季有供暖措施，非露天工作环境。其特点为：头部双滚筒双电机驱动，机头垂直重锤拉紧；自机尾开始在-3.75°坡段长度约123 m处为第一处凹弧段起点；距卸载部约236 m处为最后一处凹弧段终点，也是整机线路最大倾角24°起点。

表2 案例2圆管带式输送机技术参数

该机于2018年4月正式投入运行。由于线路布置原因机头处始终处于拉紧状态，管状输送带在机尾凹弧处始终处于松弛状态，承载段张口严重，不能满足垂度要求，胶带在运行到机尾处时抖动严重。

在2020年7月26日发生一次管状输送带叠带、反包及扭转重大事故。此次事故导致圆管带式输送机停运5天，各项损失较大。

经现场查看发现：

(1) 管状输送带在机头过渡段不能正常展开，如图1所示；叠带翻转180°后绕过传动滚筒，如图2所示，对输送带造成一定损伤。

图1 非正常展开过渡段 图2 叠带180°绕过传动滚筒

(2) 圆管带式输送机全线有两处反包，第一处距机尾约100 m开始反包，长度约200 m后正常；第二处距机尾约880 m开始反包，长度约50 m后正常。

(3) 管状输送带承载段自机头开始扭转，最大为-720°；自机尾开始扭转，最大约200°，输送带边缘有一定损伤。

(4) 由于扭转严重，承载段管状输送带展开段的撑带托辊组已无法保证胶带正常打开，导致无法开机运转。

2 原因分析

上述两个案例都是常见的六托辊结构，单向输送物料，成管后输送带状态如图3所示。管状输送带回程段搭接处位于回程段圆管状最下部，断面重心位置偏下，因此管状输送带位置状态相对稳定，不易发生扭转；管状输送带承载段搭接处位于承载段圆管状最上部，在空载时重心位置偏上，搭接处位置状态不易保持稳定，因此扭转多发生在空载状态下管状输送带承载段；当带载后，管状输送带承载段搭接处相对位置较稳定，上述案例也证明了此观点。

图3 六托辊组输送带成管状态

当圆管带式输送机专用输送带穿入设备后需对其相对位置状态进行调整，主要是利用PSK托辊作用于输送带的成形力、托辊与输送带之间产生的摩擦力使其相对位置状态保持平衡而不动。如遇特殊天气(如暴雨、大雪等)原因导致托辊与输送带的摩擦力降低、输送带横向刚度变化等打破这种平衡状态时就会导致管状输送带发生扭转，这也是野外布置的圆管带式输送机容易产生扭转的主要原因之一。

2.1 案例1事故原因分析

(1) 本次事故主要是由于管状输送带接头损坏、缩管变形、输送带边缘缺口或撕裂导致在机尾成管入口处受力发生变化产生反包，输送带搭接口反包是正反扭发生的主要原因。

(2) 由于机尾工作人员未能及时发现输送带反包，而圆管带式输送机一直以额定带速运行，且70%以上的立体转弯都处于距机头约1 400 m高张力区内，导致管状输送带承载段运行至此区域内扭转幅度急剧增加。

(3) 卸载部直线段长度仅为73.5 m，管状输送带承载段发生扭转后可利用的有效调整距离太短，原撑带托辊组失效导致无法正常开机。

2.2 案例2事故原因分析

(1) 由于机尾处输送带受力小，在管状输送带承载段成管处形成搭接口反包是本次事故的直接原因。

(2) 加载不均匀、经常输送煤泥、物料粒度超过允许最大尺寸等是本次事故的主要原因。经现场查证，输送煤泥时在靠近机头凹弧处容易形成爆管，已发生过类似事故。

(3) 总体线路布置导致靠近机尾处上下输送带松弛并超过垂度要求，机尾过渡段输送带运行状态不稳定是造成扭转且无法整改的隐患。

上述两个案例的共同点：都是由于在机尾成管段输送带搭接处发生反包、现场工作人员未能及时发现并纠正而引起扭转事故。在以上两案例中，管状输送带回程段全程未发生扭转。

张民翠等[4]对圆管带式输送机管状输送带扭转分析认为：在穿带时由于受力不匀使初期运行状态不稳定、长时间运行造成的机械或输送带磨损、制造或安装精度不足、在曲线段输送带变形、输送带自身特性及加载不均匀等都会引起扭转。

3 改进

通过以上原因分析可知，线路的合理选择、成管段压带托辊的合理布置、张紧力的合理计算等措施均可以减少管状输送带扭转事故的发生。

为有效避免圆管带式输送机管状输送带扭转事故的发生，提出如下建议：

(1) 总体线路合理选择与布置是圆管带式输送机正常运行的关键，立面线路应尽量平缓，转弯半径在条件允许的情况下尽量选大，尽最大努力避免立体转弯段出现。

(2) 单向输送的圆管带式输送机在机尾过渡段应

设计合理的成管压辊，保证输送带成管方向正确，确保不发生反包现象；机头过渡段应设计能使管状输送带有效打开、防止叠带的保护措施，各种形式的撑带/压带托辊组仍是最基础、有效的保证手段，其他电气保护、视频影像监控等只能作为补充和辅助报警措施。如果为双向输送则管状输送带回程段的成管与展开同样关键。

(3) 加强日常维护及巡检，机头尾上下过渡段、输送带接头质量监测与输送带边缘破损检查应作为重点工作内容。

(4) 处理扭转及反包事故应在低带速下调整，防止事故扩大或二次伤害产生。