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1、w带式输送机技术的最新发展M. A. AlspaughOverland Conveyor Co., Inc.MINExpo 2004拉斯维加斯, 内华达州美国 ，9，27, 2004 摘要 粒状材料运输要求带式输送机具有更远的输送距离、更复杂的输送路线和更大的输送量。为了适应社会的发展输送机需要在系统设计、系统分析、数值仿真领域向更高层次发展。传统水平曲线和现代中间驱动的应用改变和扩大了带式输送机发展的可能性。本文回顾了为保证输送机的可靠性和可用性而运用数字工具的一些复杂带式输送机。 前言 虽然这篇文章的标题表明在皮带输送机技术中将提出“新”发展但是提到的大多思想和方法都已存在很长时间了。 我
2、们不怀疑被提出一些部件或想法将是“新”的对你们大部分人来说。所谓的“新”就是利用成熟的技术和部件组成特别的、复杂的系统 “新”就是利用系统设计工具和方法汇集一些部件组成独特的输送机系统并解决大量粒状原料的装卸问题“新”就是在第一次系统试验(委任)之前利用日益成熟的计算机技术进行准确节能计算机模拟。 同样本文的重点是特定复杂系统设计及满足长距离输送的要求。 这四个具体课题将覆盖 l 托辊阻力 l 节能 l 动力分散 l 分析与仿真 节能 减小设备整体电力消费是所有项目的一个重要方面皮带输送机是也不例外。 虽然与其他运输方法比较皮带输送机总是运输大吨位高效率的手段但是减少带式输送机的功率消耗的方法
3、还是很多的。 皮带输送机的主要阻力组成部分有 l 托辊阻力 l 托辊与皮带的摩擦力 l 材料或输送带弯曲下垂引起的阻力 l 重力 这些阻力加上一些混杂阻力组成输送材料所需的力。在一台输送长度400米的典型短距离输送机中,力可以分为如图1所示的几个部分图中可以看出提升力所占比例最大而阻力还是占绝大部分。 图1在高倾斜输送带中如矿用露天倾斜输送带所受力可分解为图2所示的几个部分其中提升力仍占巨大比例。由于重力是无法避免的因此没有好的方法减少倾斜式输送机所受力。 Power-Slope Belt图 2 但是在长距离陆上输送机中所受力更趋向图3所示的几个部分不难看出摩擦力几乎是所受力的全部。这种情况下
4、考虑主要受力才是最重要的。 图 3力量演算具体是超出本文的范围之外但是值得一提的是在过去几年对所有四个区域橡胶凹进、对准线和材料或者传送带弯曲等方面的重要研究都在进行。 并且虽然在处理每特定区域时大家有不同意见通常对整体项目经济是必要和重要的是被大家被接受的。 在2004个SME年会上MAN Takraf的Walter Kung介绍了题为“Henderson粗糙矿石输送系统回顾组装、起动和操作”2。 这个项目在1999年12月被实施并且包括一个24公里(3飞行)陆上转达的系统替换地下矿碾碎路轨货车使用系统。 图4 - Henderson PC2到PC3调动站最长的传动机在这个系统(PC2)是1
5、6.28公里长与475m升距。最重要的系统事实是提供的功率(4000千瓦在1783 mtph 和4.6 m/s)的50% 被要求用来转动一条空载的带子因此输送系统的效率是很重要的。需密切注意托辊、传送带盖子橡胶和对准线。用文件说明有关的效率的差别是的一种方法 使用相等的摩擦系数f的22101标准定义作为比较主要抵抗的总数的另一种方法。过去象这样典型输送装置的综合设计噪音系数大约是0.016f。MAN Takraf正估计他们对力的敏感达到到0.011的f超过30%的削减。这在减少设备建造成本上做出了重大贡献。通过六次的实际动态测量显示价值是0.0075甚至比期望值低30%。 Kung先生强调这将
6、在仅仅用电费用一项上每年减少费用10万美元。 线路优化 图5 中国天津 水平适应性 当然最高效率的材料运输方式是从一点到下一点的直线输送。 但是由于自然和认为障碍的存在我们在长距离输送过程中直接直线输送的可能性越来越小。第一台水平弯曲输送机已在很多年前安装使用但它今天似乎关于安装的每台陆上传动机在方向至少有一个水平变化。并且今天的技术允许设计师相对地容易地调整这些曲线。 图5和图6显示的是把煤从蕴藏地运输到中国天津港口管理处的陆上输送装置。这套运输机由E.J. ODonovan & Associates设计由 Continental Conveyor Ltd of Australia 公司承建
7、长达9千米的输送距离4台1500千万电机驱动运输能力达6000 mtph 。 图6 天津输送线平面图Wyodak矿位于美国怀俄明州粉河流域是记录中最古老的连续经营的煤矿自1923年运营至今。它一般运用坡面(图7)从新的矿坑到装置756m (2,482 ft)与700m (2,300 ft)水平的半径。 这表明由于水平轮的应用输送机不需要设计太长3。图7- Wyodak 煤矿 隧道式如通过没有水平曲线线路另一项产业隧道挖掘就不能使用带式输送机了。 隧道就想象废水和运输那样的基础设施在全世界有。 移动隧道粪肥的最有效率的方法通过把推进的输送装置和隧道机器的后部连结起来。但是这些隧道极少是直的。 这
8、里有一个例子西班牙10.9m直径隧道的在巴塞罗那之下作为地铁(火车)引伸项目一部分。大陆输送机机有限公司安装了前4.7km传动机如图8和9所显示和最近接受合同安装第二台8.39公里输送机。 图 8- 巴塞罗那隧道平面图 图 9- 隧道内部另一个例子 肯珀建设边境时建设一个直径3.6米长6.18公里的隧道作为大都市圣路易斯的下水道区。鲍姆加特纳隧道(图10)将装有600毫米宽的用4个中间运动用带子系住的6.1 公里输送装置。图10- 鲍姆加特纳隧道平面图 管状输送装置 如果常规输送机不能满足必须的输送要求带式输送机的一种管状输送机会是不错的选择。 图 11- 管状输送装置 它最简单的描述管状输送
9、机就是由管状橡胶管和空转辊组成。这种设计具有其他传送方式的优点更有自己的特点。 托辊可以在各个方向传力允许更复杂的曲线输送。这些曲线可以是水平或垂直或混合形式。这样的输送机输送带与托辊之间的重力和摩擦力保证原料在输送管道内。 Figure 12管状输送机的另一个好处可以输送粉状原料并且可以减少溢出浪费因为材料是在管道内部。一个典型的例子是环境效益和适应性特好的美国犹他州地平线矿图12。这个长3.38公里的管状输送机由ThyssenKrupp Robins 安装通过一个国家森林并且横断了22个水平段和45个垂直段。 Metso 绳索输送机 另一种由常规衍变来的是Mesto 绳索输送机MRC通常以
10、缆绳传送带著名。这个产品以长途输送著名在距澳大利亚30.4公里的沃斯利铝土矿上应用的输送带是最长的单个飞行输送机。在钢绳输送机上驱动装置和运载媒介是分离的。 图13 - MRC-平直的部分这种驱动与输送装置的分离允许输送有小半径的水平弯曲这种设计优于根 距张紧力和地势的传统设计。 图 14MRC与常规输送机水平曲线的不同 图 15- 位于加拿大 Line Creek的MRC 图15显示的是位于加拿大Line Creek河畔的一条长10.4公里水平半径430米的缆绳输送带 立式输送装置有时材料需要被提升或下降而常规输送机被限制在1618度附近的倾斜角度内。但是带式输送机的非传统衍变不管是在增加角
11、度还是平直方面都是相当成功的。 大角度输送机 第一台大角度输送机由Continental Conveyor & Equipment Co.公司生产非常利用常规输送机零部件图16构成。当原料在两条带子之间输送时被称为三明治输送装置。 图16Continental 公司的第100套大倾角输送装置采用独特的可平移式设计作为Mexican de Canenea的堆过滤垫图17。 Figure 17 垂直式输送装置 第二种立式输送装置展现的是一种非常规的带式装置它可以实现垂直输送图18。这种Mesto 垂直输送机2001年由Frontier Kemper 安装在白县煤矿Pattiki 2矿图19将煤由2
12、73米深的矿井输出并达到1,818 mtph的输送能力。 图19- Pattiki 2矿 动力分散 在最近过去的一段时间里一种最有趣的发展是电力沿输送道路的分配。看到输送机驱动装置安装在收尾末端让尾端驱动完成输送带的拉紧输送工作。但是现在的发展观念是把驱动安装在任何需要的位置。 在带式输送机上多个位置安装动力源的想法已经存在很长一段时间了。第一次应用是1974年安装在美国Kaiser煤矿。紧接着是在地下煤矿中得到应用而且长臂开采法也越来越体现它的优越性。采矿设备的效率和能力也得到巨大改善。矿工们也开始寻找大的矿区从而减少移动大型采矿设备的次数及时间。矿井宽度和矿井分格长度都得到增加。 当矿井分
13、格长度增加后输送问题开始出现。接近4-5千米的输送长度所需要的电力和输送带的强度比以前地下煤矿需要的大很多。问题是大号的高电力驱动装置安装及移动困难。虽然胶带技术能够满足胶带所需强度要求它意味着需要比钢铁更重要的强度及加硫处理。由于长臂开采法的盘区传动机经常推进和后退矿工需要经常增加或取消滚筒的正传与逆转。而且硫化结合需要长期维护以保证强度因而失去的产品生产时间在一个完全盘区中是很严重的。现在需要超过风险并且中间驱动的应用限制了输送带的伸长及张紧这样就允许纤维胶带在长距离输送机中应用。 现今中间驱动技术被很好的接受并越来越广泛的应用于地下煤矿中。世界范围内的许多矿把这项技术整合到现在和未来矿业
14、计划当中来增加他们的整体采矿效率和效益6。 表20所示的张紧图显示了中间驱动的重大好处。这种平面前驱的输送机有简单的皮带张力分布如黑色线条所示。虽然平均皮带张力在每个周期期间只约为最大值的40%但必须围绕最大估量值附近。黑色线条的急剧回落表示顶头滑轮要求的总扭矩和力量来启动输送机。 将受力分解到两个地点红线当总功率基本相同的情况下皮带张力差不多减少40%。因此更小的输送带和更小的电源组可以得到运用。为了进一步扩展这种方式增加第二中间驱动绿线皮带峰顶张力进一步下降。 隧道产业也迅速采用这种技术并且把这项技术提高到更好的水平更复杂更先进。但挖隧道最需要的是水平曲线的进步。 通过中间驱动图21的一种应用例如Baumgartner 隧道如前图10所描述皮带张紧力可以通过在重要的地点安装战略驱动来控制从而实现输送带的小曲线换向。 图20 图21 在图22中绿色投影区域代表弯曲结构的地点。蓝色线条代表输送带运载面粉红色线条代表输送带返回面。可以发现在弯曲半径最小750米时输送带运载面和返回面所受张紧力均达到最小。 图22尽管到目前为止这项技术陆上输送机中没
