長距離大運量帶式輸送機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

1、專題綜述長距離大運量帶式輸送機(jī)關(guān)鍵技術(shù)及國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀太原科技大學(xué) 王 鷹 孟文俊 江門南方輸送機(jī)械工程有限公司 黃霞云沈陽礦山機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司 王學(xué)民摘 要:論述了長距離、大運量帶式輸送機(jī)的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及其動態(tài)分析、軟啟動裝置、水平轉(zhuǎn)彎、存?zhèn)}、料斗、輸送帶及其接頭的監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵詞:帶式輸送機(jī);長距離;大運量;發(fā)展;關(guān)鍵技術(shù)Abstract:This paper covers development and application of long-distance large-capacity belt conveyors in China as well as researches

2、 on such key technologies as dynamics analysis,soft starting devices,horizon tal bends,storage bins,hoppers, belts and joints.Keywords:belt conveyor;long distance;large capaci ty;develop ment;key technology1 國內(nèi)應(yīng)用情況隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,礦山、建材、化工、港口、糧食、電力、煤炭等部門對散狀物料的輸送提出了新的要求,要求帶式輸送機(jī)以長距離(指單機(jī)輸送長度,國外最長達(dá)15000m,國內(nèi)最

3、長達(dá)8984m、大運量(高帶速和大帶寬和大傾角輸送物料,同時提出無公害環(huán)保輸送散體物料的要求。因此,帶式輸送機(jī)已不只是廠內(nèi)及車間與車間之間的輸送設(shè)備,而成為可以與汽車運輸相競爭的輸送設(shè)備。無論國外還是國內(nèi)的建材及礦山行業(yè),在這2種運輸方案的對比選擇后,最終還是較多地選擇以長距離、大運量的帶式輸送機(jī)代替汽車運輸?shù)姆桨?。其原因是采用汽車運輸不僅要修建公路,購買汽車一次性投資大,而且日常的公路和汽車維修費用也很高;帶式輸送機(jī)輸送散狀物料是連續(xù)的物料流,生產(chǎn)效率高。目前,國外最大帶速已達(dá)12m/s。國內(nèi)的最大帶速達(dá)5 8m/s,最大輸送量8400t/h。當(dāng)然,增加輸送帶的寬度也可以提高輸送量(國外采用

4、的最大帶寬是3300mm,但增加帶寬使整機(jī)所有相關(guān)尺寸增大,增加了設(shè)備的總投資。特別是輸送帶的成本要占整機(jī)成本的3050%,而且距離越長,運量越大,占的比例就越大。同時,大帶寬需要相應(yīng)的硫化設(shè)備用于輸送帶和輸送帶接頭的硫化。因此,我國目前所采用的最大帶寬為2200 2400mm。今后的發(fā)展趨勢是提高帶速以提高輸送量。當(dāng)然,提高帶速受到托輥轉(zhuǎn)速(主要是軸承轉(zhuǎn)速的限制,國外生產(chǎn)的軸承轉(zhuǎn)速可達(dá)1000r/ min。而國內(nèi)設(shè)計規(guī)范中規(guī)定不大于600r/min。如何生產(chǎn)出與托輥配套的高質(zhì)量軸承也是軸承行業(yè)需要深入探討的課題。近年來,通過引進(jìn)國外先進(jìn)國家的帶式輸送機(jī)整套設(shè)備及技術(shù),以及國內(nèi)廣大科研技術(shù)人員

5、的共同努力,可以說國內(nèi)設(shè)計和制造長距離、大運量帶式輸送機(jī)的水平已經(jīng)可以滿足國內(nèi)市場的需求,但是一些關(guān)鍵技術(shù)尚需引起重視并加以深入研究和開發(fā)。國內(nèi)投入使用的部分長距離、大運量的典型帶式輸送機(jī)見表1和表2。由表1可知,天津港散貨物流中心到南疆煤碼頭的輸煤帶式輸送機(jī)的單機(jī)長度是國內(nèi)最大的,其輸送距離L=8984m,功率N =4 1750kW,該機(jī)在尾部進(jìn)行水平轉(zhuǎn)彎,其半徑分別為3000m和4000m;天津港的另一臺輸煤帶式輸送機(jī)的輸送量最大,Q=8400t/h,輸送距離L=1051m。使用地點物料運量/(t#h-1帶寬/mm機(jī)長/m帶速/(m#s-1驅(qū)動功率/kW軟啟動方式拉緊形式輸送帶型號制造單位

6、時間晉城煤礦原煤25001400760043 800CST電動st2000沈礦2001天津港煤6600180089845 64 1750變頻調(diào)速重錘+絞車st3150大陸公司、華電2002天津港焦炭2000160076003 64 400變頻調(diào)速電動絞車st1000克虜伯、中港2002液壓拉緊st2500衡陽2004大連港鐵礦石625016005203 156 250液壓馬達(dá)垂直重錘st500沈礦2003天津港煤84002200105153 500YOXVSIIZ 垂直重錘st1600沈礦、中港2003天津港煤600018004955 82 500YOXVS 車式重錘st100沈礦2003YO

7、XCS調(diào)速型耦合器液壓+絞車st2500沈礦2004向家壩水電站砂石30001200829844 900調(diào)速型耦合器液壓+絞車st3150沈礦2004龍灘水電站石灰石30001200395043 560CST 液壓+絞車st2000沈礦2003榆泉煤礦煤20001400672643 710CST st3150山礦2003大柳塔煤礦煤30001600350043 630CST st2000山礦2001官地礦煤900120056003 53 630CST2003上榆泉礦煤20001400280042 560CST平塑煤礦煤25001400220042 450CST上海青浦表2所列的圓管帶式輸送機(jī)中

8、,上海梅山鋼鐵廠使用的圓管帶式輸送機(jī)的輸送距離最長,L=2 230m;秦皇島港礦石碼頭使用的圓管帶式輸送機(jī)的輸送量最大,Q=4500t/h;而貴州甕福肥廠使用的圓管帶式輸送機(jī)是目前國內(nèi)線路布置最復(fù)雜的輸送機(jī),沿線共跨過4個山頭和1條河,繞過2座山,穿過2個建筑群,水平面轉(zhuǎn)彎3個,垂直面轉(zhuǎn)彎6個,空間轉(zhuǎn)彎3個。2 關(guān)鍵技術(shù)及其研究2 1 動態(tài)分析研究長距離、大運量帶式輸送機(jī)啟、制動過程的計算不能采用常規(guī)的剛體動力學(xué)計算方法,而必須考慮到輸送帶的特性參數(shù)(質(zhì)量、彈性、阻尼等是長度的函數(shù),在空間離散化的條件下,可以使用有限元的方法進(jìn)行處理。帶式輸送機(jī)啟動時加速度引起電機(jī)功率增加,輸送帶強度增加28

9、4%,結(jié)構(gòu)件載荷增加。突然停車時加速度過大,張力波的振蕩帶來了動態(tài)振動,對水平帶式輸送機(jī)引起局部應(yīng)力過低,輸送帶下垂,造成輸送帶撕裂、托輥破壞及物料外泄;對傾斜帶式輸送機(jī)則引起制動滾筒兩側(cè)高、低應(yīng)力比過大,而造成輸送帶打滑,導(dǎo)致輸送帶逆轉(zhuǎn)并沿斜面下滑。上述問題需要采用動力分析的方法加以解決。目前,澳大利亞、美國、法國、意大利等國家在動態(tài)分析研究方面處于國際領(lǐng)先,它們各自都開發(fā)了動態(tài)分析軟件,并在多臺長距離、大運量帶式輸送機(jī)的設(shè)計中應(yīng)用,取得了滿意的效果。國內(nèi)東北大學(xué)開發(fā)了動態(tài)分析研究方面主要參數(shù)使用單位投運時間管徑:500mm 額定輸送量:Q =4500t/h 帶速:v =4 5m/s 角度:

10、010 輸送物料:鐵礦石 水平機(jī)長:990m秦皇島港礦石碼頭2002年底管徑:400mm額定輸送量:Q =3500t/h 帶速:v =4 7m/s 角度:011 輸送物料:鐵礦石 水平機(jī)長:2117m秦皇島港礦石碼頭2004年8月管徑:300mm 額定輸送量:Q =1000t/h 帶速:v =3 15m/s 角度:06 輸送物料:鐵礦石 水平機(jī)長:2230m上海梅山鋼鐵廠2003年9月管徑:300mm 額定輸送量:Q =1500t/h 帶速:v =3 15m/s 角度:6 輸送物料:鐵礦石 水平機(jī)長:3600m山東萊蕪鋼廠2003年11月管徑:250mm 額定輸送量:Q =140t/h 帶速:

11、 =51m/min 輸送物料:硫鐵礦渣和淤泥廢渣 水平機(jī)長:1906m甕福肥廠的軟件,通過對幾條長距離、大運量的帶式輸送機(jī)進(jìn)行動態(tài)分析,并與用國外軟件進(jìn)行動態(tài)分析的結(jié)果相比較,其計算結(jié)果差距不大,通過現(xiàn)場調(diào)試及檢測與實際情況基本相符。除東北大學(xué)以外,還有太原科技大學(xué)、阜新礦院等院所也進(jìn)行動態(tài)分析研究的工作。目前國內(nèi)動態(tài)分析研究與國外相比還有較大的差距,應(yīng)加以重視。2 2 軟啟動裝置的研究及現(xiàn)狀為了適應(yīng)長距離,大運量帶式輸送機(jī)的特殊要求,驅(qū)動裝置應(yīng)具有良好的啟動特性,近年來國內(nèi)外研究開發(fā)了多種形式的軟啟動驅(qū)動裝置(或系統(tǒng),并在不同工況條件下得到應(yīng)用。2 2 1 調(diào)速型液力偶合器調(diào)速型液力偶合器可

12、以延長啟動時間、改善輸送機(jī)啟動性能。液力偶合器安裝在電機(jī)和減速器之間,其布置形式如圖1所示。 調(diào)速型液力偶合器存在的問題是:(1一般有3%5%的滑差,此時具有3%5%的傳動功率損失,而且輸送機(jī)械大都長時間工作,使偶合器發(fā)熱量大,浪費大量的能量;(2無法實現(xiàn)傳動比為1的直接傳動運行工況;(3在啟動過程中始終存在一個不穩(wěn)定的過渡區(qū),啟動性能不夠理想。2 2 2 變頻調(diào)速變頻調(diào)速通過改變定子的供電頻率以改變電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速,變頻調(diào)速功率較大、調(diào)速范圍寬、精度高,有較好的軟啟動性能,能實現(xiàn)輸送機(jī)的啟動要求。當(dāng)交流電源的頻率由小到大變化時,電動機(jī)轉(zhuǎn)速也隨之由小到大變化。只要控制頻率變化范圍以及頻率變化的

13、時間,就可使輸送機(jī)按照設(shè)定的速度曲線平穩(wěn)地啟動,實現(xiàn)輸送機(jī)的軟啟動,是交流電機(jī)較理想的調(diào)速方法。這種技術(shù)近幾十年來隨著電子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和可控硅生產(chǎn)技術(shù)的逐步成熟而開始應(yīng)用。目前國內(nèi)外正在加緊研制高性能、高壓、大容量、可滿足防爆要求的變頻器。由于帶式輸送機(jī)使用的特殊性,大多采用高壓、大容量鼠籠電機(jī),同時要解決電氣的一系列相關(guān)問題,從而使其線路復(fù)雜,在這種情況下,采用高壓變頻器投資大,價格高,可靠性差,而且需要采用特殊電機(jī);同時變頻調(diào)速會產(chǎn)生強大的信號干擾,影響其他電氣控制設(shè)備的正常工作。這些都限制了變頻調(diào)速在某些場合中的應(yīng)用。2 23 CST系統(tǒng)CST是美國Rockwell Automati

14、on/Dodge公司研究和開發(fā)的一種采用液體粘性傳動技術(shù)的機(jī)械可控啟動系統(tǒng),能較好地實現(xiàn)軟啟動要求,使輸送帶、滾筒、托輥等的可靠性及壽命大大提高。該裝置的優(yōu)點是啟動時調(diào)速精度高,可以變速運行。其缺點是:(1行星減速器與液粘傳動裝置結(jié)合,相互影響;(2制造難度大,安裝調(diào)試復(fù)雜;(3對油的粘度與清潔度要求特別高,否則影響齒輪壽命;(4維護(hù)復(fù)雜,費用高;(5摩擦片直徑大,必須依賴進(jìn)口。20世紀(jì)80年代初美國研制成功了用于帶式輸送機(jī)的CST系統(tǒng),90年代初開始在我國推廣應(yīng)用。國內(nèi)北京理工大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、山東科技大學(xué)、吉林大學(xué)(吉林工業(yè)大學(xué)等單位進(jìn)行了相關(guān)的技術(shù)研究并開發(fā)了油膜離合

15、器、液體粘性調(diào)速裝置等,在煤礦、建材等行業(yè)得到應(yīng)用,并取得良好的效果,其設(shè)備投資比采用CST減少20%30%。3 其他問題3 1 帶式輸送機(jī)平面轉(zhuǎn)彎帶式輸送機(jī)平面變向運行有2種方法,其一是采用特殊結(jié)構(gòu)的輸送帶,如吊掛帶式輸送機(jī),圓管帶式輸送機(jī)等;其二是讓普通帶式輸送機(jī)實現(xiàn)自然變向運行,從而擴(kuò)大普通帶式輸送機(jī)的應(yīng)用范圍。平面轉(zhuǎn)彎運行是我國1959年首先在淮南礦區(qū)實現(xiàn)的,但是由于沒有理論研究方面的依據(jù),因此這項工作沒能得到深入。1963年國外也實現(xiàn)了平面轉(zhuǎn)彎運行,并相繼進(jìn)行了深入的理論研究,從而使這一技術(shù)在國外得到推廣應(yīng)用。目前澳大利亞在這方面的研究處于國際領(lǐng)先地位。我國對變向運行的推廣比較緩慢,

16、理論分析與設(shè)計計算方法尚需進(jìn)一步深入研究,合理確定在不同情況下,支撐角、槽角、內(nèi)曲線抬高角、轉(zhuǎn)彎曲率半徑及其阻力和帶強等諸參數(shù)之間的相互關(guān)系,并要加強實驗研究環(huán)節(jié)。3 2 輸送帶長距離、大運量帶式輸送機(jī)長度在1km以內(nèi)的,一般可選織物芯帶;12km以內(nèi)的可選用織物芯帶或者鋼繩芯帶;大于2km應(yīng)選用鋼繩芯帶。目前,國內(nèi)已可以生產(chǎn)st5400和st6300的輸送帶。各國對輸送帶安全系數(shù)的取值各不相同,最小的取n=4。一般認(rèn)為,即使采用可控軟啟動驅(qū)動裝置,輸送帶的安全系數(shù)目前仍不宜小于7。由于國內(nèi)對軟啟動驅(qū)動裝置的使用還剛剛開始,有待于提高認(rèn)識和積累實踐經(jīng)驗。輸送帶的接頭是其薄弱環(huán)節(jié)(接頭強度一般為

17、本體的80%90%,對接頭強度和可靠性仍然沒有十分的把握,應(yīng)進(jìn)一步研究開發(fā)監(jiān)視接頭狀態(tài)的在線檢測。同時要采用新材料、新工藝,不斷增強接頭強度?？v向撕裂是長距離、大運量帶式輸送機(jī)容易發(fā)生的嚴(yán)重事故,一般應(yīng)選用防撕裂輸送帶。防撕裂輸送帶是在垂直于縱向鋼絲繩的方向,在一面或兩面均勻鋪設(shè)鋼絲繩、鋼絲簾線、纖維織物等增強層,使其抗沖擊性好,耐撕裂性強。3 3 存?zhèn)}、料斗帶式輸送機(jī)輔助裝置的研究應(yīng)該引起重視,實踐中由于存?zhèn)}、料斗的形狀尺寸等設(shè)計不盡合理,材質(zhì)的選用不當(dāng)(特別是襯板,會產(chǎn)生堵塞、起拱、加料不均和偏載等現(xiàn)象,從而影響了整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。法國、英國和澳大利亞等國家在理論研究和實驗研究方面都處于

18、世界領(lǐng)先水平。3 4 輸送帶及其接頭的監(jiān)控立足于投資少而又能解決現(xiàn)場實際問題,進(jìn)一步開發(fā)完善對輸送帶的在線檢測裝置,檢測鋼繩芯輸送帶的斷繩和接頭,預(yù)報可能發(fā)生的損壞,并深表3 圓管帶式輸送機(jī)輸送帶反彈力指標(biāo)管徑d管/mm反彈力F/g100190220150285325200300340250375425300470535350550650400660750500890110070012851420注:試件寬度b=75mm設(shè)計#計算 偏軌箱形梁橫向加強板焊縫 設(shè)計對主梁承載能力的影響武漢科技大學(xué)機(jī)械自動化學(xué)院 楊先勇 劉安中 李友榮武漢鋼鐵股份有限公司 李華林摘 要:起重機(jī)偏軌箱形梁橫向加強板有

19、加強板四周均焊和在受拉翼緣處空開2種焊接方式。以某冷軋帶鋼廠橋式起重機(jī)偏軌箱形梁為例,采用三維有限元法%板到體子模型&技術(shù),比較分析了加強板2種焊接方式下主梁的變形、應(yīng)力分布和承載能力。計算結(jié)果表明:加強板在受拉翼緣處空開時,主梁的承載能力比加強板四周均焊時高,且簡化了焊接結(jié)構(gòu)與工藝,但主梁剛度比加強板四周均焊時略小。關(guān)鍵詞:偏軌箱形梁;加強板;焊縫設(shè)計;承載能力Abstract:There are two methods for welding radial stiffeners to bias-rail box girder:welded all around and open a

20、t tensile flan ge.The overhead traveling crane used at a cold strip mill factory is given to study the deformation,stress distribution and load capacity of the main girder wi th3D-FEA Shell-to-Solid Submodel method.The results show that the latter welding method delivers higher load capaci ty and slightly lower sti ffness of main girder,and simpler welded structure and technology.Keywords:bias-rail box girder,stiffener;welding design;load capaci