【毕业设计论文】垂直提升连续输送技术的研究应用

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1、w 垂直提升连续输送技术的 研究应用 摘要:介绍了垂直提升连续运输系统的技术特点、技术 参数、机型选择、结构组成,通过对关键技术的 研究 以及 试验台模拟试验结果的研究,指出了该项技术在地铁隧道建 设工程 应用 是可行的,它能够充分发挥盾构的推进能力,大 大提高推进速度,节约大量的人力和物力等,提高设备的使用 效率,具有较大的 经济 效益和 社会 效益。关键词:垂直提 升;连续运输;试验;研究 0 前言 近年来,随着城市基础建设的迅速 发展 ,国内许多大城 市(上海、北京、广州、武汉、重庆、南京等)都在发展地铁 轨道 交通 运输系统, 目前 制约盾构推进速度的主要 问题 就是配套运输系统。以上

2、海地铁明珠二期南浦大桥站到浦东 南路站来 计算 ,按照采用原有间断运输方式,由于车辆装土 w 过程所耗时间多、单位时间运量小,盾构有效工作时间短(据 地铁建设单位介绍,盾构有效工作时间实际不到开机时间的 40%),以及运输距离超过 500700m 时,运输能力严重不足等 因素,盾构推推停停,每天可推进 68m。地铁施工现场大多 在繁华的城市街区,其施工场地、环保噪音都受到严格的限 制,可见原有的运输方式已严重制约了地铁建设的施工进度。 采取垂直提升连续运输技术取代原来使用多年的陈旧的间断 运输 方法 是一种技术革新的趋势所在。 1 主要研究 内容 和关键技术特点 垂直提升连续运输技术是一种适应

3、性强、提升效率高 的物料输送技术,具有运量大、连续运输、安全性好、设备 占用面积小等特点,特别适合于地铁隧道施工现场受空间、 时间、环保等条件限制的市政工程等项目。2002 年以来上 海地铁建设有限公司与煤炭 科学 研究总院上海分院成立了 联合课题组,针对上海地区地质条件的特殊性以及对环保的 严格要求等因素进行技术攻关,主要针对不同物理特性的物 料(砂性土、粘性土等)进行试验,以取得相关的试验数据、设 计参数以及针对粘土的卸料、清扫等难点的解决措施。本课 题研究的主要内容:(1)垂直提升连续运输机型选择,要求系统 高效率运行时低噪音、高可靠性。垂直提升连续运输技术可 w 以通过多种途径达到目的

4、,根据对上海地铁工地泥土土质的 调研和 分析 ,在煤炭行业连续运输技术中积累的经验,确定 采用波纹挡边带式输送机来实现。因为波纹挡边带式输送机 能根据各种特殊场合的需要,倾角从 090任意布置,能 实现在极短的距离内,将物料从水平转换到 90提升的 能力。为了取得较好的加料及卸料效果,试验台采用 Z 形布 置形式,在尾部水平段加料,在头部水平段进行卸料。(2)地铁 施工过程中运输各种不同物料的高适应性要求,从而保证快 速连续运输,达到盾构快速掘进配套运输的要求。特别是上 海特殊土质(黏泥、泥沙)这一国际公认特殊特性物料的要求。 为了满足地铁盾构后配套施工的适应性要求,主要的关 键技术: (1)

5、波纹挡边带的结构、横隔板形状及连接技术波纹挡 边带的基带、波纹挡边、横隔板之间采用较高强度的硫化和 螺栓联接技术,其中波纹挡边硫化在基带的两边,横隔板与基 带及波纹挡边的联接均采用螺栓紧固,更换方便。 (2)黏土质物料的可靠卸料和清扫技术 w 在输送黏土物料时,依靠重力的作用不能将其有效地卸 下,留在输送带上的残余物料被带回回程分支,造成改向滚筒、 回程托辊上积垢而导致输送带打滑、跑偏、磨损,滚筒、托 辊过早损坏, 影响 输送机正常运行,故必须用清扫装置清除 粘在输送带上的残余物料。由于波纹挡边带具有横隔板,不 能用常用的刮板式清扫器和毛刷式清扫器,可以采用振动式 清扫器和喷水式清扫器。喷水式

6、清扫器除了需要充足的水源 和高压泵外,还需要有排污系统或污水处理系统,以满足城市 施工环保要求。香港九广铁路西铁地铁建设就是使用喷水式 清扫器和污水处理系统,但其价格超过盾构和主机的价格,达 到几千万美元。采用振动式清扫器,在上水平卸料段安装了 由主动拍打器和被动拍打器组合而成的联合清扫装置。主动 拍打器由电机驱动拍打装置打击输送带,被动拍打器是一种 由若干个沿圆周均布的托辊组成的振动清扫装置,随输送带 运行,托辊间断地冲击输送带引起振动,两者的工作原理都是 拍打挡边输送带的非工作面,将粘附在挡边、隔板及基带上 的物料振动下来,达到清扫的目的。拍打器接触输送带的部 件必须能转动,以防止在输送带

7、面上滑动接触,损坏输送带。 主动拍打器安装位置距离卸料滚筒应尽可能近,以能使用滚 筒面所提供的完全支承的输送带平面。拍打器旋转方向应与 卸料滚筒一致,打击速度和幅度应该都可调节,以取得最佳卸 料状态,并可在发生共振时进行调整。 w 为了能确保该技术攻关研究的成功,根据煤炭科学研究 总院上海分院在煤炭行业连续运输中积累的技术经验,并结 合上海地铁的实际情况,先组建模拟工况条件下的试验台,通 过试验台的型式试验,对垂直提升连续运输技术在上海地铁 隧道建设工程的应用进行研究试验,取得了该项技术在隧道 工程领域应用的阶段性成果。试验成功后制造出结构更合理 的垂直提升连续运输设备,达到地铁施工现场的生产

8、要求。 2 垂直提升输送系统的结构概述 垂直提升连续输送系统由波纹挡边带式输送机(见图 1) 和转载带式输送机组成。波纹挡边带式输送机主要由波纹挡 边输送带、驱动装置、传动装置、机尾拉紧装置、改向装置 和清扫装置等组成。 2.1 波纹挡边输送带 它由基带、波纹挡边及横隔板组成,以普通输送带作为 基带,在其两边粘结(硫化)上波纹挡边,并在 2 条波纹挡边之 间的基带上,按一定的间距联接(硫化或用螺栓联接)上横隔板。 w (1)基带 基带的外形与普通输送带相同,但横向刚度一般比普通 输送带的大。其抗拉体材料(芯层)采用尼龙帆布,主要承受拉 力,在芯体的上下面外加特殊加强层,增加横向刚性,再覆盖上

9、一定厚度的胶,提高使用寿命。 (2)波纹挡边 挡边做成波纹状是为了使输送带能顺利地绕过滚筒和 凸凹弧区段,以满足输送线路的要求。同时也使挡边上部不 会产生过大的附加应力。挡边的波形可以是齿形、S 形、W 形和 WM 形, 目前 多用 S 形。 (3)横隔板 在波纹挡边之间的基带上,按一定的间距粘结横隔板,横 隔板间距是根据输送量、输送机倾角和物料粒度等诸多因素 来确定的。为了提高输送能力,避免出现撒料现象,则需要较 小的隔板间距。但是为了取得较好的加料和卸料效果,则要 求有较大的隔板间距。 w 2.2 驱动装置 驱动装置是波纹挡边输送机的动力部分,它主要由电动 机、联轴器、减速器和制动器等组成

10、。电机是驱动单元的动 力源,通过变频调速装置实现无级变速,满足不同试验速度的 需要。 2.3 传动装置 传动装置主要由传动滚筒、机头架等组成。传动滚筒 是将驱动装置的动力,通过摩擦力传递给波纹挡边带使之运 行的部件。传动滚筒的表面包上橡胶,增大传动滚筒与波纹 挡边带之间的摩擦系数,减小滚筒表面的磨损。 2.4 改向轮 改向轮用于挡边带凸弧段的下分支或凹弧段的上分支, 它们托在或压在波纹挡边输送带有波纹挡边和横隔板的一面,其 作用是改变输送带运行方向。改向轮有单式和复式 2 种。单 式改向轮支在挡边输送带的空边上,复式改向轮的大轮支在 挡边输送带的空边上,小轮支在挡边输送带的挡边顶部。 w 2.

11、5 托辊和挡辊 托辊主要有上托辊、下托辊、缓冲托辊、凸弧段托辊 和凹弧段托辊。上托辊用于支承输送带及其上的物料,下托 辊用于支承输送带,缓冲托辊安装在挡边机的受料段,以减小 物料的冲击,使之稳定运行,延长输送带的使用寿命。凸弧段 托辊和凹弧段托辊都是成组使用,相当于改向滚筒,前者用于 支承凸弧段输送带及其上的物料,后者用于压住凹弧段输送 带。波纹挡边输送机的托辊都是采用平托辊。挡辊安装在凸 弧段和凹弧段的基带上分支的两侧,一般成组使用,用于防止 输送带跑偏。 2.6 清扫装置 清扫装置用于清扫输送带上粘附的物料,本机设有头部 清扫器和尾部清扫器。 在输送黏性大的物料时,采用一种清扫装置往往不能

12、把 输送带完全清扫干净,可采用联合清扫装置。头部清扫器就 是采用了联合清扫装置,由主动拍打器和被动拍打器组合而 成。工作原理都是拍打挡边输送带的非工作面,从而将粘附 w 在挡边、隔板、及基带上的物料振动下来,达到清扫的目的。 安装位置距离卸料滚筒应尽可能近。 尾部清扫器采用普通空段清扫器,靠近机尾改向滚筒安 装,用来清扫撒落在回程分支输送带上的物料,防止物料夹在 输送带与尾部滚筒之间,发生输送带跑偏,损坏滚筒和输送带, 影响 输送机的正常运行。 2.7 拉紧装置 拉紧装置是使输送带具有足够的张力,保证输送带与传 动滚筒之间产生足够的摩擦力使输送带不打滑,并限制输送 带在各托辊之间的垂度,使输送

13、机正常运行。本机采用螺旋 拉紧装置,拉紧滚筒安装在尾架上的滑架中,通过转动尾架上 的螺杆使滚筒前后移动,以调节输送带的张力。螺旋拉紧装 置结构简单,操作方便。 2.8 机架 机架是用于支承滚筒、改向轮、改向托辊组及承受输 送带张力的装置,本机机架采用了结构紧凑、刚性好、强度 高的钢结构矩形机架。 w 2.9 电气控制 试验台电气控制采用就地控制,顺序启动,变频调速,以 接触器、继电器为主要电气控制手段。实现对输送机的起动 预警、停车、紧急停车、故障保护等操作,具有电机电流、 输送带速度和设备运行及故障状态的 LED 显示功能。系统 布置故障沿线紧急停车的拉线开关、防跑偏开关、信号电铃。 3 试

14、验参数选取与结论 本系统的主要技术参数必须与上海地铁隧道掘进的盾 构的主要技术参数相匹配。试验台参数的选取尽量符合实际 使用工况,根据盾构掘进的尖峰速度 计算 ,盾构的最大出土 速度为 180t/h,盾构后面转载带式输送机的带速为 1.6m/s,通 过设计计算,确定试验用垂直提升输送机的主要技术参数如 下:经过对地铁施工现场不同特性泥土的多次试验后得出结 论如下: (1)系统驱动装置主要元部件的性能满足要求,运行可靠。 w (2)波纹挡边带的横隔板采用 TC 型结构后,横隔板间距 在 300mm 左右比较合适,间距太小(如 200mm)时,黏性泥土 不易完全进入波纹挡边和横隔板之间,有泥土搁在

15、横隔板上, 在垂直段会落下来。间距太大(如大于 400mm)时,泥土在垂 直段会超出横隔板掉下来。 (3)仅采用被动拍打器时,黏土物料在机头滚筒处直接卸 料的约 30%,上水平卸料段落料约 60%,垂直回程段和机尾水 平回程段的落料约 10%,带速越高,回料越严重。即使用高压 水枪冲洗波纹挡边带上的残余粘土,由于在运行中,清扫效果 并不理想。黏土用长溜槽转载时,易造成物料飞溅、堵塞,影 响系统的连续运输。 (4)增加机头上水平卸料段的长度,有利于改善卸料条件,在 增加了一套主动拍打器后,基本上解决了卸料和清扫难题,泥 土经过卸载滚筒和主、被动拍打器的振动,在机头水平卸料 段内落下,经头部卸料平

16、型输送带集料机回收,卸到转载输送 机上,实现了物料的连续循环输送,运行情况良好。 (5)无论是砂性土还是黏性土,在试验过程中都没有发生 飞料现象;使用高分子聚乙烯横隔板时黏泥情况与橡胶横隔 w 板相差并不明显。 垂直提升运输系统在试验过程中各项 研究 内容 达 到了预期的要求,解决了粘土物料的垂直提升、卸料和清扫 等技术难题。 4 实际 应用 情况 目前垂直提升连续运输系统已应用到上海明珠线二期 工程浦东南路站-南浦大桥站区间隧道的建设中,它与水平带 式输送机连接组成泥土的连续运输系统,系统运行中碰到了 一些诸如输送带跑偏、滚筒轴承损毁等机械故障以及对不同 土质的适应性 问题 ,但总体来说,运行是正常的,应用是成功 的。在运送 7#土层推进过程中,创造了盾构推进 23 环/d 的 地铁隧道施工新记录。可以得出如下结论:采用波纹挡边带 式输送机垂直提升运输泥土物料技术上是可行的。可以预见,对 该运输系统进一步完善改进后,在隧道工程领域和其他相关 领域将有广阔的应用前景,它必将充分发挥盾构的推进能力, 大大提高推进速度,缩短施工周期,节约大量的人力和物力,具 有较大的 经济 效益和