自然導向U型曲線帶式輸送機的設計及應用

迪慶香格里拉昆明鋼鐵集團鴻達水泥有限公司石灰石礦位于云南省迪慶州香格里拉縣建塘鎮(zhèn)諾西村，距香格里拉縣城約8km，距國道214線約6km，海拔高度3?345m，處于群山之間，交通運輸十分不便。生產(chǎn)所需要的巨量破碎石灰石，必須由礦山輸送到生產(chǎn)廠區(qū)，雖然兩者之間直線距離不遠，但是由于地形復雜，特別是在輸送線路的中間有兩個當?shù)孛癖娦欧畹纳裆?，因此，礦石輸送難度較大，輸送方案的選擇就變得非常重要，成為項目建設者需要考慮的首要因素。

1、輸送方案對比分析與選型設計1.1輸送方案對比分析1.1.1方案一汽車運輸汽車運輸方案是在諾西村破碎站附近設置裝車倉，修筑裝車臺，采用7輛20t自卸汽車利用現(xiàn)有的交通條件進行運輸。但其中有2km多村級公路，路面狹窄，蜿蜒曲折，路面質量較差，必須對全線進行改造加寬才能滿足需要，而這將大幅提高投資，增加運營成本。同時，該地區(qū)屬青藏高原南延部分，是云南省海拔最高的山區(qū)，屬寒溫帶與嚴寒帶氣候[1]，在雨雪等惡劣天氣條件下道路將無法正常通行。因此，該方案不能滿足水泥生產(chǎn)需要，且會造成較大環(huán)境污染，這在作為我國著名旅游城市的迪慶香格里拉也是不被允許的。

1.1.2方案二普通帶式輸送機選用4條普通帶式輸送機搭接而成，經(jīng)過3個轉運站運輸至生產(chǎn)廠區(qū)。由于普通帶式輸送機不能實現(xiàn)水平轉彎，線路不能環(huán)繞山體布置，因此，存在輸送工況較復雜，生產(chǎn)輸送環(huán)節(jié)較多，管理難度較大的問題。同時，修建輸送機通廊開挖土石工程量較大，在中部需建3個轉運站，這將大幅提高投資成本，嚴重影響生態(tài)環(huán)境。1.1.3方案三管狀帶式輸送機通過一條管狀帶式輸送機直接將石灰石從破碎站輸送到生產(chǎn)廠區(qū)，其施工難度相對較小，生產(chǎn)管理也較簡單，對沿途生態(tài)環(huán)境影響最?。坏捎谑杷傻氖沂瘔K度大，將會導致管狀帶式輸送機運行安全性差，且投資較大。1.1.4方案四U型曲線帶式輸送機鑒于線路布置要求采用425m的轉彎半徑，普通曲線帶式輸送機無法實現(xiàn)，因此，采用一條U型曲線帶式輸送機直接將石灰石從破碎站輸送到生產(chǎn)廠區(qū)。其施工難度相對較小，生產(chǎn)管理也較簡單，對沿途生態(tài)環(huán)境影響較小。由于可使用普通膠帶，因此，投資比管狀帶式輸送機大幅減少。綜合以上分析，最終確定采用一條1.2km的U型曲線帶式輸送機實現(xiàn)破碎石灰石由礦山破碎站至生產(chǎn)廠區(qū)的輸送。1.2選型設計輸送系統(tǒng)的原始參數(shù)：輸送物料為石灰石，最大粒度175mm，松散密度1.45t/m3，額定輸送量800t/h。輸送線路沿溪繞山而走。根據(jù)原始數(shù)據(jù)及線路布置示意，確定U型曲線帶式輸送機頭尾中心距水平長度1?191m，立面布置總長度為1?192m，其中包含4個水平轉彎，第1個水平轉彎半徑為1?600m，圓心角為6.70°；后3個水平轉彎半徑只有425m，圓心角分別為18.94°、15.08°、52.92°，且最后2個水平轉彎（圓心角為15.08°和52.92°）構成“S型”布置。立面布置共有3個凸弧和4個凹弧，凸弧半徑分別為200m和500m，凹弧半徑分別為1?500m和5?000m，凹凸弧段均與水平轉彎弧段重疊，構成復合轉彎段。經(jīng)過專用軟件計算分析，確定主要技術參數(shù)如表1所示。表1U型曲線帶式輸送機主要技術參數(shù)表

2、關鍵技術分析2.1極端復雜地形條件下U型曲線帶式輸送機設計技術常規(guī)的曲線帶式輸送機，通常要求其水平轉彎半徑R≥1?500B（B-帶寬），而本項目的地形極為受限，水平布置極其復雜，要求水平轉彎半徑R≤450B，因此，本項目具有非常高的技術挑戰(zhàn)性、風險性和創(chuàng)新性。線路布置示意如圖1所示。圖1

線路布置示意線路布置采用專用軟件對項目可能出現(xiàn)的11種運行工況進行了全面的計算分析，對各種工況條件下，膠帶外側穩(wěn)定性（失穩(wěn)），膠帶在空間轉彎位置應力在邊緣集中（安全系數(shù)降低），膠帶凹弧段組合水平轉彎段時正壓力減少，摩擦力減少致使膠帶向內側移動導致跑偏等技術難題進行了詳細分析，根據(jù)分析結果，在1?600m水平轉彎段和直線段采用常規(guī)的45°槽角托輥組，在425m水平轉彎段采用60°深槽角托輥組，并輔以局部擋帶輥組等綜合措施，解決了以上技術難題。2.2預測U型曲線帶式輸送機跑偏和綜合防治技術本項目需在靠近頭部的位置布置一個16.98°+52.92°“S”型復合空間轉彎，且轉彎半徑僅有425m。如此復雜的空間轉彎布置，先天條件決定了U型曲線帶式輸送機膠帶左右兩側張力不平衡，導致膠帶跑偏的趨向性非常大；為此根據(jù)分析計算，掌握U型曲線帶式輸送機各特征點張力情況，預見性地設計托輥組的結構形式，同時布置不同組合的托輥組和旋轉方向，系統(tǒng)性地解決了U型曲線帶式輸送機在小水平轉彎段易發(fā)生疊帶和跑偏的問題。同時，研制了U型曲線帶式輸送機專用可調內抬角托輥組，示意如圖2和圖3所示。該托輥組具有調整方便迅速，調整范圍廣等特點，有效控制了本項目膠帶在運行過程中的跑偏，保證了U型曲線帶式輸送機運行的可靠性，實現(xiàn)了沿線無撒料。圖2五托輥交錯布置可調托輥組圖3四托輥可調托輥組上述可調托輥組需要與窗式框架相結合，才能實現(xiàn)可調節(jié)的目的。U型托輥組高度比常規(guī)托輥組高得多，重心上移穩(wěn)定性差，為此將托輥組設計為吊架結構，并充分利用桁架內的窗式框架作為安裝支座。窗式框架兩側安裝面上的安裝孔，非常有利于上下托輥組調節(jié)內抬角，可以根據(jù)上下帶面的張力分布情況、托輥組槽角情況和膠帶的橫向剛性等，設計出較大富余量的扇形調節(jié)孔，保證在水平轉彎段膠帶自然導向水平轉彎，而不是采用壓帶輥組強行水平轉彎。安裝示意如圖4所示。2.3雙重錘拉緊技術由于頭部轉運站布置空間有限，高度僅為16m，而按照聚酯膠帶伸長率2%計算，拉緊行程需要23.82m。因此，常規(guī)的垂直重錘拉緊方式其高度無法滿足拉緊行程要求。通過采用雙重錘拉緊技術[2]，即將重錘重量增加一倍，使得拉緊行程縮短為原來的1/2（見圖5），完美地解決了本項目采用聚酯膠帶拉緊行程不足的問題。圖4可調托輥組安裝示意圖圖5雙重錘拉緊裝置示意圖

3、結束語迪慶香格里拉昆明鋼鐵集團鴻達水泥有限公司U型曲線帶