管状带式输送机的发展和计划要点

圆管带式输送机的发展和设计要点Development and Designing Points for Tubular Pipe Conveyors孟文俊1圆管带式输送机的发展日本圆管带式输送机公司JapanPipeConveyor(JPC)Co.最早开发的圆管带式输送机，并取得了最初的技术专利，于1979年底成功的制造出第一台圆管带式输送机。普利斯通（Bridgestone）公司已获得JPC系统的所有权，在世界范围内生产和销售圆管带式输送机, 必须经 Bridgestone授权。最初，用户认可圆管带式输送机是认为它是一种从通用的、认可的物料搬运形式中分离出的形式。目前，圆管带式输送机越来越趋于标准化，熟悉其性能的人都认为它应是一种在所有输送散粒物料的方法中优先选取的方法。圆管带式输送机的应用是无限制的，只要人能想到的就能实现。目前，我们认为任何物料都可采用圆管带式输送机输送。输送的典型物料有矿石、煤、焦炭、石灰石、碎石、页岩和冲积土。一些非常难处理的物料也可用圆管带式输送机输送，如钢浓缩物、石油焦炭、粘土、废渣、混凝土、金属碎渣、加湿粉煤灰、尾渣、铝土和滤尘等。2 圆管带式输送机的设计要点2.1 圆管带式输送机输送带用于圆管带式输送机的输送带由Bridgestone轮胎公司开发。它与普通输送带相似，但在设计上也采用了一些重要技术。圆管带式输送机输送带由日本的Bridgestone及其授权的公司制造。由于刚性和柔性要求，必须采用一种特殊的骨架结构。输送带必须具有刚性，从而在通过托辊组时形成并保持圆管状。同时，也必须有一定得柔性，保证输送带能通过过渡段，经由加料段在线路中卷成圆管状运行和平面状地通过滚筒卸料。这可在输送带的织物层间加橡胶层来满足。为了保证搭接部分很好地密封，从而防止物料泄露，要降低输送带边缘的刚性。进一步讲，要控制上下胶层的厚度和硫化次数，提高输送带自然趋向圆管状的能力。对于长距离圆管带式输送机，输送带也可采用钢绳芯结构，此时，在钢丝绳的上下各铺有一层横向织物。就像织物芯输送带结构一样，在织物和钢丝绳之间也有一层橡胶。为了紧急维修，可以暂时采用金属接头或用普通输送带代替，直到可作长期维护。普通输送带不具有所需的刚性和柔性，结果将产生永久的带芯分层、疲劳或其他不可预测的问题。但普通输送带的优点就是结构简单、制造成本低、价格低，有时也可作为圆管输送带的用替代品。在通用带式输送机上时，圆管带式输送机输送带和普通输送带的使用寿命实际上是相同的。圆管输送带的清扫装置与用在通用带式输送机中的一样，单刮板和多叶片带式清扫器及旋转刷和空段清扫器都可应用。圆管带式输送机输送带可经过特殊制造，从而用于输送热物料。标准规格输送带使用温度可达60（140oF），两种热物料规格输送带允许温度可达 110（ 230o F）和 160（ 320oF）。在选择输送带时必须特别考虑物料粒度和输送带表面温度，非常热的输送带表面会对输送带的寿命产生显著影响。2.2 托辊及其间距当圆管带式输送机直线运行，没有任何垂直或水平弯曲时，上行程（或圆管带式输送机的承载侧）的第1页共8页底部三个托辊承受输送带和物料的重量，顶部的三个托辊维持输送带成圆管形。当输送机有垂直和水平弯曲部分时，围着输送带的其他托辊可能成为承载托辊，剩下的托辊来维持输送带的圆管形。下行程（即圆管带式输送机的回程）也一样。在下行程或回程中使输送带保持圆管形，而不是像通用带式输送机那样采用平形带，是为了保证其以与承载侧同样的结构尺寸引导输送带通过垂直或水平弯曲段。输送带四周的托辊通常被称为圆管状保持托辊（PSK托辊）。托辊组的直径和间距由圆管带式输送机的尺寸和所输送物料决定。由于成管后的刚度大，在输送带垂度满足要求的情况下与通用输送机相比，托辊间距比较大。表1列出了用于直线布置圆管带式输送机的典型托辊间距和与圆管带式输送机尺寸相关的托辊直径。组成多边形托辊组的托辊可以安装在托辊面板的两侧（如图1），以避免运行的输送带夹进托辊间的间隙中造成事故。表 1管径托辊直径托辊间距50 lb/ft3(800 kg/m3)75 lb/ft3 (1200100 lb/ft3 (1600 kg/m 3)mminmminkg/m3)mminmminmmin150689.03.51600.056”1600.050”1200.043”2008108.041800.060”1600.053”1600.050”133.0525010108.041800.063”1600.05”6”1600.053”133.0530012133.052000.066”1800.060”1600.056”35014133.052200.070”1800.063”1800.060”40016133.052200.073”2000.066”1800.063”50020133.052200.073”2200.073”2000.066”60024159.062500.080”2200.079”2200.073”70028159.062500.083”2500.083”2200.076”85034159.062500.086”2500.083”2500.080”194.07注：托辊直径取决于辊子转速rpm，公制单位数值为笔者推荐取值，供读者参考并提出修改意见。后表相同。圆管带式输送机弯曲段的托辊间距必须减小，一般取正常输送段托辊间距的1/31/2。在所有情况下，托辊间距的最终确定，应基于对圆管带式输送机的静态动态张力特性和所用典型或综合弯曲的特点综合考虑。在输送机的尾部过渡段（输送带由平形带卷成圆管形），与通用带式输送机相似，输送带由不同槽角的托辊组支承。在这里，通过导料槽为输送机加载，以保证把物料加在输送带的纵向中线附近，利于输送带的运行，加料侧板下的位于输送带中心位置的托辊可以吸收装载物料的冲击载荷。在圆管形的开始处装有一组特殊的托辊，由 12个排成不重合的两个六边形托辊组成。 12边形托辊组围成的圆管形比用标准六边形托辊组更接近圆形，能承受在密封处的很高的载荷压力。除这些托辊外，还采用一组特殊的导向托辊，在输送带卷在一起前用来压住输送带一边使其低于另一边（如图2所示）。这个托辊就安装在第一个多边形托辊组的前面，以消除输送带边缘的磨损，正确地搭接并封闭输送带。托辊对齐和适当的加载，对圆管带式输送机的稳定和导向起关键作用。在一台通用带式输送机结构中，托辊支架在水平和垂直面内对齐，对于正确导向输送带、完成运行非常重要，并采用调心托辊来调整不正确的导向或输送带跑偏。由于圆管带式输送机输送带由周围各侧的托辊导向，输送机能通过弯曲处并克服输送带中心跑偏问题。在圆管带式输送机运行过程中，仍可以调整托辊使输送带的搭接部分在承载侧尽量处于上方。然而，事实上，主要使输送带稳定并保持其搭接部分在或接近于上方位置的是所输送物料的重量。横截面积占 75%圆管面积 的物料的重心使输送带保持适当的动态性能。在回程或空载侧，输送带的搭接部分位于圆管形的下方，搭接处的重量使其在回程中保持适当的动态性能。第2页共8页均匀给料对于圆管带式输送机的稳定和导向非常重要，因此，推荐加载时使用带式给料机或振动给料机（它们可提供稳定均匀的物流） 。假如不能稳定均匀的给料，则需安装物料横断面监测器和圆管带式输送机调速驱动装置，横断面监测器在加料处对物料载荷进行监测并发出信号改变输送带速度，从而始终保持物料的横截面积一致。滚筒与圆管之间过渡段的长度，由圆管直径决定。表 2中列出针对不同种类输送带，推荐使用的输送机头尾过渡段的长度及相应圆管带式输送机的最短长度。表2带芯过渡段距离最短输送机长度管径织物芯输送带钢绳芯输送带织物芯输送带钢绳芯输送带mminmftmftmftmft15063.7512.57.502518.005936.0011820085.0017.010.003420.006540.00130250106.2521.012.504223.007546.00150300127.5025.015.005025.008250.00164350148.7529.017.505830.009860.001964001610.0033.520.006735.0011470.002285002012.5042.025.008440.0013180.002626002415.0050.030.0010050.00164100.003287002817.5058.535.0011760.00196120.003928503421.5071.043.0014270.00229140.004582.3 弯曲圆管带式输送机优于通用带式输送机的显著特点是可以进行小半径转弯，从而减小了外形轮廓，可在地理上不能使用通用带式输送机或需多个转载点的情况下选用圆管带式输送机。由于圆管带式输送机输送带完全被周围的托辊约束，所以与通用带式输送机相比不发生跑偏现象。圆管带式输送机可以在垂直面和水平面上弯曲，也可同时在两个面上弯曲，取消了转载点，可从侧面、上面或下面通过已存在的工厂设备等障碍物，输送带刚通过过渡段形成圆管后便开始弯曲，弯曲必须在到达卸料滚筒过渡段之前完成。输送机两端的过渡段必须是直线的。弯曲半径通常由圆管直径、输送带类型及使用的弯曲决定。一般推荐使用的标准最小半径，在水平或凹弯曲时，织物芯带为圆管直径的300倍，钢绳芯带应为圆管直径的700倍；但是如果是“S”形、凸弯曲或水平和凹弯曲综合出现，则最小半径，织物芯带为圆管直径的400倍，钢绳芯带应为圆管直径的800倍；在水平弯曲和凸弯曲同时存在的情况下最小半径，织物芯带为圆管直径的500倍，钢绳芯带应为圆管直径图 1图 2第3页共8页的900倍。前述只是一般情况。通常，半径的最终决定，取决于工程师对具体输送机的静态、动态张力情况和所采用的弯曲类型所进行的综合考虑。2.4 驱动对于直线倾斜的、中间长度相等的圆管带式输送机与通用带式输送机来说，通用带式输送机长度加91.5m（ 300ft ）后的功率消耗和张力大小与圆管带式输送机相同。如果按输送机的输送能力和尺寸来比较，圆管带式输送机所需功率稍多些。假如圆管带式输送机有弯曲部分，为改变输送带内物料的输送方向，也要消耗一些功率。每台圆管带式输送机的输送带张力和功率可按Bridgestone公司开发的专用公式计算 1。尽管输送带弯曲的圆管带式输送机比同样长度的直线型通用输送机所需功率相对要大，但取消了转载点及与转载点有关的提升设备。当对多段通用带式输送机（有另外的功率要求，在每个转载点把物料转载到下一台输送机上）与圆管带式输送机的功率需求相比较时，圆管带式输送机的耗能相当，甚至更少。还要特别考虑圆管带式输送机在冬季运行时启动力矩增大的情况，要采取措施克服输送带在寒冷环境下变得僵硬和潮湿物料结冰结块引起的附加阻力。一般选用可调速驱动装置，结合物料横断面监测器控制圆管带式输送机启动，启动时间一般取100s以内，带速在额定带速的 10%到100%内可调。同时采用跑偏开关、拉绳开关等安全保护装置。与通用带式输送机相比，圆管带式输送机的每次特定应用，必须对其功率需求和输送带张力进行详细的工程预测。2.5 物料粒度物料粒度对于确定圆管带式输送机尺寸很重要。表3列出圆管带式输送机尺寸、输送量和相应可正常输送的物料的粒度。一般最大物料粒度为圆管直径的1/3 。在一定物料粒度分布情况下，也可输送比较大粒度的物料。加料量相对于推荐管径太大，将不利于输送带和约束输送带的托辊的使用寿命。假如以物料粒度来决定圆管直径，则要比按输送量所选管径大些。表3管径横截面积带速正常输送量最大物料粒度75%充填面积正常最大50 lb/ft3100 lb/ft3mmin801.3 kg/m 31602.6 kg/m 3mminm2ft 2m/srpmm/srpmt/ht/h15060.01330.1402.003942.755418416630501.2520080.02360.2482.154272.7554115931850702.75250100.03680.4412.504593.0059130460870903.50300120.05300.5272.504923.00591389778901004.00350140.07220.7103.005743.0059161212241001204.75400160.09421.1633.156563.75738114422881201505.50500200.14731.6703.757383.75738184836961501756.50600240.21213.0144.008204.50902286157221752008.00700280.28863.3304.509024.509024097815825027510.00850340.42564.3495.009845.0098464201284028530511.502.6 结构架结构架中用来支承托辊的面板非常简单。面板由平板冲压而成，制造非常经济。大型圆管带式输送机的面板由角钢和钢板制成。托辊安装孔由配钻而成，以保证所要求托辊安装的准确度。面板的结构可以是多样的，图3、图 4为目前常用的结构，图5所示是一种新型组合面板结构，与上述结构相比，具有结构简单、重量轻、安装方便等优点。而图6、图 7所示的组合面板装配的圆管带式输送机更可显示出其布置灵活的优点。所有面板都应与输送机的纵向轴线垂直正交，国外某公司只取有1mm的公差范围。支承桁架、平台和柱脚与通用带式输送机相似。由于托辊面板的面板效应，圆管带式输送机的桁架第4页共8页图3图4（包括走台）更加坚固，因此允许采用稍轻型的设计。对于长距离的圆管带式输送机，在设计时就应考虑由于环境温度边变化引起结构架伸缩的问题。可采用铰接等结构连接方式通过型通廊也可满足长跨距的要求，根据圆管带式输送机的尺寸大小，维修走台可以设置在一侧或两侧（图8）。典型的圆管带式输送机形状可采用较轻桁架设计，这样就减小了基础载荷。图 5图 6第5页共8页图 73 圆管带式输送机的优点（ 1）环保功能（ 2）小半径弯曲能力与其他形式的带式输送机相比，圆管带式输送机的第二个重要优点就是小半径弯曲能力。对于大多数应用来说，这个优点是最重要的，因为当输送带方向需急剧改变时，不须建立转载点。托辊成环形围在输送带周围，可在任何方向弯曲。弯曲可在水平面上、垂直面上甚至可以同时在两个面上，取消了转载点，也消除了所需的附加滚筒、给料斗、灰尘收集器或除尘设备、基础和功率分配，因此物料损失被显著减小。但最重要的还是转载点的维护问题被完全消除了。圆管带式输送机可有多个弯曲段，因此一台圆管带式输送机可取代多台通用带式输送机和与之相联系的转载点以及上述的附加设备。（3）大角度倾斜能力与通用带式输送机相比，圆管带式输送机有更大的大角度倾斜输送能力，由于是圆形横断面，增大了物料与输送带的接触面积，输送机倾角增大 50%，最大可达 27 。倾斜角度越大，输送机长度越短，它更经济或可能成为在空间和性能限制下唯一可行的解决方案。（4）回程中输送带成圆管形圆管带式输送机的回程带也成圆管形，输送带被卷起来，搭接部分处于圆管的底部，这不仅使输送带同承载侧一样通过相同的弯曲路线，也使输送带脏的一面被包了起来，物料滴落或撒落的可能性很小。（5）输送量与更大的通用带式输送机相同圆管带式输送机的输送量，通常与带宽是其管径2.5 至 3倍的通用带式输送机相同。例如，一个管径为300mm（12in ）的圆管带式输送机，与带宽 800mm(30 in) 、托辊槽角 20 、卸料角 20 的通用带式输送机的输送量相同，而这台圆管带式输送机的支架只有635mm(25 in) 宽，通用带式输送机的支架最小需要1050mm(41 in)图 8宽。在输送机安装空间受限制的情况下，如隧道中，采用圆管带第6页共8页式输送机可设计较小的隧道横断面（表3）。（6）标准部件圆管带式输送机和通用带式输送机可采用相同的标准部件。由于圆管带式输送机的输送带在头、尾及拉紧滚筒处是平形的，而带速系列也一致，所以可采用标准的通用带式输送机的滚筒、轴承和驱动装置，输送带由日本的 Bridgestone 公司或其授权的公司制造生产。使用的标准部件在当地市场均有出售，且这些设备人们很熟悉，因此采用圆管带式输送机是合适的选择。（7）上下行程同时输送与通用带式输送机一样，圆管带式输送机除上行程输送物料外，下行程也可输送物料。为了在回程中输送物料，必须把输送带翻转 180o，以便使搭接部分在上面，且输送带脏的一面仍然朝里。虽然要增加滚筒和驱动装置，但只安装一台圆管带式输送机要比安装两台通用带式输送机经济。参考文献1 王鹰，孟文俊，日本石桥公司的圆管带式输送机，起重运输机械，1991.12 A. 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