黄骅港矿石码头应用深槽带式输送机可行性分析

时间：2024-07-28

栾天岭

（沧州黄骅港矿石港务有限公司，河北沧州 061113）

概要：皮带机输送系统是目前专业的矿石码头的重要的机械运输设备。结合矿石码头皮带机输送送系统的现状,深入研究分析深槽型带式输送机的特点，通过带式输送机的各性能特点分析，综合考虑后续皮带机建设是否可以采用深槽型带式输送机。

引言

随着近年来我国港口的飞速发展，港口吞吐量位居世界第一，海上经济带的不断融合，作为承接物流运输的港口码头，已逐步从传统码头向现代化、智能化及绿色港口转变。现代化的通讯手段及控制技术，为港口的科技水平与自动化化水平提供了技术保障。提高工作效率，降低物流成本，形成一体化、无缝衔接的作业体系，加快物流速度，已成为新世代港口建设的必然发展趋势。

1 矿石码头皮带机输送系统现状

黄骅港矿石码头一期工程是专业的矿石中转作业单位，实现进口矿石的“水转铁”装卸作业。皮带机输送系统是矿石码头的主要水平运输设备，担负着矿中中转作业的主要任务。目前皮带输送机主要安装形式为三托辊型式，三托辊胶带机为 TD75、DTⅡ 型通用固定式带式输送机最基本的安装形式，因其槽角较小，输送带易成型，托辊通用性好（中间托辊与侧边托辊尺寸一致），因而被广泛应用。

35°槽角的三托辊胶带机在码头输送系统中的应用时间很长,它的制造、安装以及维护技术都比较成熟，使其得以广泛应用。但是,随着目前皮带输送机逐步向高带速、高运量的方向发展，现有的35°槽角三托辊胶带机存在着不少问题:

（1）输送带跑偏情况严重；因设备安装偏差、胶带硫化接头质量欠佳及物料偏载冲击等因素导致皮带输送机运行中易跑偏,并且普通三托辊胶带机的自纠正能力不高。跑偏带来输送带的磨损，严重的会扯伤皮带；皮带机运行沿线撒落料严重，造成运输现场环境污染严重，额外增大清扫工作量。

（2）上运倾角受到限制；普遍35°带式输送机输送物料时最大上运倾角不大于13°。

（3）运动阻力偏大；在一定的阻力系数下转动惯量较大,特别是起动时的转动惯量更大,与大槽角的皮带输送机相比，摩擦系数相同的情况下，接触压力较小，因而起动困难。

（4）运输能力较小；在皮带宽度相同的情况下，在其他因素一致的情况下，槽角越小，料流横断面积较小，因此运输能力与同类槽角皮带机相比较小。

黄骅港矿石码头火车输送装车系统，皮带宽度B=1 200 mm，额定输送量4 000 t/h，带速4 m/s，经过近三年的运转，存在的情况主要与普通三辊胶带机类似：1、皮带受物料落料点影响较大，皮带跑偏严重；2、皮带机托辊架为35°槽角，按照取料机作业特点，皮带上间歇性的出现物料过满，在转接部位洒漏严重，造成环境污染;3、物料在皮带上相对滑动距离较长，易造成皮带的磨损。

2 深槽型带式输送机的特点

2.1 增大槽角可以有效的提高皮带机纠偏能力

调整输送机皮带跑偏需解决可能诱发皮带跑偏的各个方面的问题；即提高整机抵抗跑偏的能力和皮带跑偏后机械结构对皮带自动纠偏回正的能力。

1）增大槽角可以有效提高皮带的侧辊抵抗能力，起到纠偏的效果

皮带机跑偏是因为皮带受到一个水平侧向作用力造成的，该作用力与可简化为如图1 所示的受力分析情况

图1 皮带跑偏受力分析

皮带受到水平方向力N，其可分解为垂直于皮带侧边的分力N1 和平行于皮带侧边的分力N2。N2为平行于皮带侧边的分力，其大小为N2=Ncosθ（θ为皮带机托辊架的槽角），有公式可以看出，随着θ的增大，可以有效降低皮带造成皮带跑偏的分力。因此增大托辊架的槽角可有提高低侧辊的抵抗力，起到纠偏的效果。

2）增大皮带与侧托辊之间沿侧托辊径向方向的摩擦力，起到纠偏效果

如图1 中的受力分析所示，N1 为皮带沿侧托辊径向方向对侧托辊的作用力。当皮带跑偏时，侧托辊与皮带之间的摩擦力，可由有效的抵抗皮带的跑偏。总摩擦力：

F=N1×f

N1=Nsinθ

f—为皮带与侧托辊之间的摩擦系数

由以上公式可得，随着θ 角的增大，摩擦力F越大，则抵抗皮带跑偏的能力越大，对皮带起到很好的防跑偏效果。

3）增大槽角在皮带跑偏时可增大侧边拉力差，起到纠偏效果

在皮带的头尾两端靠近滚筒的位置，皮带处于平面状态，皮带两侧边拉力相等。在皮带机中间位置，当皮带向一侧跑偏时，偏向侧拉力会明显减小，对侧的拉力会明显增加，两侧边的拉力差会明显的抑制皮带的跑偏，起到纠偏的效果。因此槽角越大，跑带跑偏时，其侧边拉力差值会越大，自纠偏能力则越强。

4）增大槽角可有效地降低皮带机上料时偏载对皮带跑偏的影响

皮带机落料点处，物料经上游皮带落至下游皮带时，在下游皮带上，由于物料重心偏离皮带机机架的中心线（空载运行，皮带机居中无问题），易造成皮带的跑偏。对于相同的皮带机，增大槽角会使皮带横截面的上开口变小，物料可偏离的范围变小，是物料重心与皮带机中心线更叫趋向一致，从而降低皮带输送机重载作业时跑偏的可能性。

2.2 深槽型带式输送机运量可以提高，洒落料得到有效缓解

1）深槽型带式输送机运输能力可以得到提升带式输送机输送能力计算公式：Q=A×V×ρ×η

A—皮带承载物料的断面面积，m2；

V—皮带的速度，m/s

ρ—所运输物料的密度，Kg/m2

η—倾斜输送机倾斜角系数。

依据上述公式，在皮带机倾角，带速及所运物料相同的情况下，带式输送机的输送量取决于输送带可装载物料的横截面面积。

图2 等长3 托辊组截面图

根据《带式输送机工程设计规范》GB50431[4]附录A 中表1 可得，托辊槽角由35°提高到45°，截面积增加5 %，则相应皮带输送机输送能力可增加5 %。

2）深槽型带式输送机洒落料情况可有效降低

降低皮带跑偏情况的发生可有效的减少皮带机沿线洒落料情况的发生。增加皮带机的槽角，皮带成槽型更好，物料的居中性更好，皮带机的洒落料情况能得到有效的缓解。

2.3 深槽型托辊组可减少物料与皮带之间的相对滑动，降低皮带磨损

在相同散货运载对象的情况下，摩擦力的大小主要取决于散货物料之间内应力的大小。物料的内应力来自以下两个方面。

一方面对于相同宽度的皮带，随着槽角的增加，皮带截面的开口变小，物料在输送带上堆积的深度增大，物料深度的增加则可增大底层物料与皮带之间的摩擦力，使物料达到与皮带速度一致时，相对运动的距离减少，则可有效降低皮带的磨损。另一方面，物料的内应力还与皮带对物料的侧向挤压有关系，槽角越大，皮带对物料的挤压作用越大，相应的也提高物料的内应力，同样可以减少物料与皮带的相对滑动距离，降低皮带磨损。