波状挡边带式输送机在优化工艺设计中的应用

庄敏

（福建省华厦能源设计研究院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

随着我国基础设施建设规模的不断扩大，特别是沿海地区城市化进程的快速推进，建筑用砂市场需求总量巨大，许多大型砂石生产基地纷纷投产建设。砂石依据不同的生产工艺在各生产单元之间流转，主要通过各型机械化运输设备来实现。本文根据某天然砂生产项目的输送工艺方案的优化设计过程，研究探讨波状挡边带式输送机在短距离、大倾角运输条件下的应用前景。

1 工程概况和工艺要求

厦门某天然砂产业园生产基地项目位于翔安区新店镇莲河码头片区，一期规划年产量达5×106t，规划成品砂子运出采用海上船运方式，故堆场区临近海边布置，场区长×宽=120 m×60 m，长度方向与海岸线平行。根据堆场生产工艺要求，砂子需要提升至少距离地面9 m后，再经转载装入位于2个靠泊点的运砂船，输送量不小于700 t/h。

原设计采用通用型带式输送机进行提升运输，即先沿平行海岸线方向布置输送机装料地槽，装设倾角16°的带式输送机用于提升物料，待提升至所需高度后，转载到其头部下方沿垂直海岸线方向水平布置的装船用带式输送机。该方案的输送机在地面的爬坡提升段接近56 m，而且根据运砂船2个靠泊点的间隔要求，需要布置2条运输方向相反的提升输送机，因此输送机的提升段会占用部分堆场面积，不能用于储存砂子，严重影响堆场储砂工艺布置，减少堆场的储量，无法满足生产要求。经过综合考虑现场环境和工艺要求，当提升运输方向垂直于海岸线时，基本不影响储砂工艺布置，而且能够使运输系统对场区储量的影响降至最低（如图1所示）。但是受到堆场地形狭窄的限制，如果采用通用型带式输送机，其最小提升角度将会达到45°，已超过砂子的最大允许运输倾角，必须选用能够进行短距离、大倾角的提升设备来实现。

2 选型设计方案的比选确定

为实现短距离、大倾角提升的工艺布置要求，拟采用两种提升方案。以下按照每个运砂船装载点所需设备，对方案的技术特征进行比较，如表1所示。

（1）采用普通型带式输送机与斗式提升机联合布置提升方式的优劣。在垂直海岸线的地槽内布置普通型带式输送机，其尾部受料后，输送至斗式提升机受料斗口，再垂直提升至所需高度后，转载至装船用带式输送机，如图2所示。

该方案的生产过程需要物料转载环节和生产设备较多，生产管理复杂。由于生产要求的物料输送量高，一般型号的斗式提升机无法满足要求，需要进行非标准制造，设备所需功率高，购置价格高，而且高运量容易使斗式提升机发生过载停机现象，日常使用维护成本高［2］。受到海边地下水位较高的影响，提升机安装井的基础土建施工难度较大，建设施工和日常维护费用高。

（2）采用波状挡边带式输送机“S”型布置提升方式的优劣。在垂直海岸线的地槽内布置该型输送机，在保证尾部水平装料长度的同时，可以按需求选择在45°～90°倾角范围内，将砂子提升至所需高度后，再转载至装船用带式输送机。本方案采用45°倾角，如图3所示。

表1 方案技术特征比较表

该方案的工艺布置简洁，生产高效，便于生产管理；波状挡边带式输送机属于特种设备，比通用型带式输送机的购置价格高40%～50%；输送机运行稳定性强，不易受给料冲击的影响，日常维护方便，使用成本低；土建施工简单，费用低。

通过对以上的技术性和经济性比较，最终该工程选择方案二的运输工艺。

3 所选工艺方案的校核计算与分析

工程方案选用的波状挡边带式输送机原始参数见表2，本文相关计算公式均引用自 《DJⅡ型波状挡边带式输送机系列设计选用手册》［1］。

3.1 输送能力校核计算

当采用“TC”型横隔板时，输送带实际输送能力按式（1）计算。

式中：Qm为输送带实际输送能力，t/h；γ 为物料密度，t/m3；h 为隔板高度，m；Bf为有效带宽，m；V 为带速，m/s；tq为物料与基带的理论接触长度，m，tq=h （0.5774+ctgβ），β为输送机倾角，（°）；ts为隔板间距，m。

经计算得，Qm=776 t/h，大于工程所要求的输送能力，该型输送机实际输送能力满足要求。

3.2 传动力和需用功率计算

（1）计算传动滚筒上所需的圆周驱动力Fu。传动滚筒上所需的圆周驱动力一般由主要阻力、提升阻力和改向、压带轮附加阻力构成，如式（2）所示。

表2 波状挡边带式输送机选型参数表

式中：FH为主要阻力，N；Fst为提升阻力，N；Ff为改向、 压带轮附加阻力，N，可按每个轮400 N估算，约1600 N。

当输送机倾角 β 小于 90°时，FH与 Fst可分别按式（3）、（4）计算。

经计算得，Fu=27 081 N。

（2）计算驱动电机轴所需功率

式中：PM为电机功率，kW；η 为传动效率，η=0.75～0.9，取 η=0.8。经计算得，PM=54.16 kW。

3.3 输送带安全校核计算

（1）输送带最大张力Smax

式中：S0为输送带最小初张力，N；S0=5（qB+qG）·L1·g；L1为托辊间距，m，一般取1 m；

经计算得，Smax=47 155 N。

（2）校核输送带安全系数m

式中：m为输送带安全系数，通常在8～10之间；Z为输送带层数；B 为带宽，mm；［σ］为许用带强，［σ］=300 N/（mm·层）。

经计算得，m=38.17，可以满足安全输送要求。

通过以上计算分析，表明该工程选择的波状挡边带式输送机运输方案，能完全满足生产能力和安全需求。

4 结论

本文通过砂石堆场运输工艺优化设计的实例，对2种短距离、大倾角运输工艺进行比较分析，重点介绍了波状挡边带式输送机具有的优越性及局限性。在满足相同提升高度的条件下，该型输送机相比通用型带式输送机（运输倾角16°），可以缩短机长和减少占地面积50%以上，非常适合在狭小区域内布置使用；而且相比斗式提升机，具有简化生产环节，降低设备功率和能耗，生产效率高，运行稳定的优势。在投资成本可接受的前提下，应优先作为短距离、大倾角的提升运输方式。本文是基于实际的工程案例，对于类似项目具有借鉴意义。