彭銀加

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

1 問(wèn)題的提出

歐冶爐原、燃料上料系統(tǒng)的垂直膠帶機(jī)由兩條垂直運(yùn)輸機(jī)組成，其中煤系統(tǒng)垂直膠帶機(jī)輸送能力為460t/h，提升高度為94.5m，礦石系統(tǒng)垂直膠帶機(jī)輸送能力為610t/h，提升高度為110m。兩條皮帶為波裝擋邊帶、頭部驅(qū)動(dòng)輪、頭部改向輪、弧形段托輥、尾部改向輪、尾部漲緊輪機(jī)、尾部水平段托輥、頭尾機(jī)架組成。垂直膠帶機(jī)安裝依附在歐冶爐主體框架上，皮帶自重約38t。在歐冶爐的生產(chǎn)過(guò)程中垂直膠帶機(jī)的膠帶接頭多次發(fā)生鼓包、開裂、塌帶現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行，影響到歐冶爐的正常生產(chǎn)運(yùn)行。

2 垂直膠帶機(jī)膠帶故障隱患處理紀(jì)實(shí)

八鋼歐冶爐礦、煤線垂直膠帶機(jī)均是某國(guó)產(chǎn)膠帶廠家的新膠帶，煤線垂直膠帶于2014年上線，礦線于2015年10月上線，接頭均由生產(chǎn)廠家現(xiàn)場(chǎng)粘接。

（1）歐冶爐于2015年6月18日開爐，正常生產(chǎn)運(yùn)行20天后（即7月8日）礦垂直膠帶機(jī)發(fā)生皮帶接頭塌陷事故。7月8～17日，對(duì)皮帶接頭進(jìn)行了打斷硫化。

（2）從2015年8月27日歐冶爐進(jìn)入長(zhǎng)周期檢修，為保證接頭質(zhì)量，采購(gòu)國(guó)產(chǎn)膠帶廠家直接原廠硫化環(huán)形帶1套，并在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)形套裝方式安裝，于2015年10月更換了新品。

（3）2018年5月26日歐冶爐正式點(diǎn)火開爐，垂直膠帶機(jī)調(diào)試運(yùn)行正常。在6月7日點(diǎn)檢煤垂直膠帶機(jī)膠帶時(shí)發(fā)現(xiàn)接頭處鼓包，并在6月10日發(fā)生塌帶故障，歐冶爐被迫停產(chǎn)休風(fēng)。

通過(guò)幾次故障可知，膠帶機(jī)接頭極易發(fā)生故障，而且嚴(yán)重影響了歐冶爐的正常生產(chǎn)。

3 垂直膠帶進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)技術(shù)參數(shù)對(duì)比分析

為查找膠帶事故原因，將羅涇COREX使用的垂直膠帶機(jī)和八鋼歐冶爐垂直膠帶機(jī)進(jìn)行對(duì)比分析。羅涇COREX使用的是進(jìn)口垂直膠帶機(jī)，沒(méi)有出現(xiàn)類似故障，八鋼歐冶爐使用的是國(guó)產(chǎn)垂直膠帶機(jī)。

3.1 垂直膠帶機(jī)參數(shù)要求

羅涇COREX和八鋼歐冶爐垂直膠帶機(jī)技術(shù)參數(shù)相同，施工安裝技術(shù)規(guī)范相同，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)垂直膠帶機(jī)的使用規(guī)范及能力要求一致。

3.2 膠帶參數(shù)對(duì)比

對(duì)比膠帶參數(shù)，存在以下不同點(diǎn)：

（1）絞索直徑（鋼絲繩直徑）不同，進(jìn)口康尼泰克直徑為9.2mm，某國(guó)產(chǎn)膠帶鋼絲繩直徑為9.6mm。

（2）膠帶布置鋼絲繩根數(shù)不同，進(jìn)口膠帶直徑為69根，某國(guó)產(chǎn)膠帶鋼絲繩直徑為84根。進(jìn)口膠帶根數(shù)提供參數(shù)為78根，但實(shí)際測(cè)量為69根。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查狀況

（1）現(xiàn)場(chǎng)鋼絲繩根數(shù)測(cè)量。進(jìn)口膠帶膠帶根數(shù)為69根，分別布置為，兩個(gè)邊部（改向輪處）各12根，中部布置45根；某國(guó)產(chǎn)膠帶鋼絲繩根數(shù)為84根，分別為兩個(gè)邊部（改向輪處）各16根，中間連續(xù)布置52根。

（2）現(xiàn)場(chǎng)膠帶鋼絲繩布置狀況。進(jìn)口膠帶鋼絲繩布置狀況為：膠帶邊緣距第一根鋼絲繩為20mm，鋼絲繩間距為15～18mm，鋼絲繩直徑為9.2mm，上膠層厚度（工作層）為9mm，下膠層厚度（非工作面）為7mm。裙邊距皮帶邊緣300mm，裙邊寬度100mm，無(wú)繩區(qū)寬度127mm，兩裙邊距離600mm。測(cè)量簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 進(jìn)口皮帶鋼絲繩布置簡(jiǎn)圖

國(guó)產(chǎn)膠帶鋼絲繩布置狀況為：膠帶邊緣距第一根鋼絲繩為60mm，鋼絲繩間距為11～14mm，鋼絲繩直徑為9.6mm，上膠層厚度（工作層）為8.5mm，下膠層厚度（非工作面）為8.2mm。裙邊距皮帶邊緣300mm，裙邊寬度100mm，無(wú)繩區(qū)寬度98mm，兩裙邊距離600mm。測(cè)量簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 國(guó)產(chǎn)皮帶鋼絲繩布置簡(jiǎn)圖

測(cè)量數(shù)據(jù)差異如表1所示。

表1 測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比 mm

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)不同點(diǎn)在鋼絲繩的布置上，進(jìn)口膠帶與國(guó)產(chǎn)膠帶主要數(shù)據(jù)不同點(diǎn)：鋼絲繩繩間距，在邊帶部分繩間間距相差2.5mm，中部鋼絲繩繩間距相差3.8mm；無(wú)繩區(qū)寬度相差29mm；鋼絲繩直徑相差0.4mm。

4 關(guān)于垂直膠帶機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核分析

4.1 膠帶機(jī)的負(fù)荷

（1）進(jìn)口膠帶強(qiáng)度計(jì)算。進(jìn)口膠帶使用特種鋼絲繩，繩徑為Φ9.2mm，繩結(jié)構(gòu)為7×W19，單根鋼絲繩拉斷強(qiáng)度為82.7kN，*有效幅寬1150mm（不含無(wú)繩區(qū)）。

鋼絲繩帶的整體強(qiáng)力計(jì)算：82.7kN/根×69根÷1150mm(*)=4962N/mm＞4500 N/mm(設(shè)計(jì)要求）

（2）國(guó)產(chǎn)膠帶計(jì)算。國(guó)產(chǎn)膠帶繩徑為Φ9.6mm，繩結(jié)構(gòu)為7×W19，單根鋼絲繩拉斷強(qiáng)度為71.6kN。

鋼絲繩帶的整體強(qiáng)力計(jì)算：71.6kN/根×84根÷1400mm(*)=4296N/mm＜4500 N/mm。

國(guó)產(chǎn)膠帶強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)膠帶要求值.

4.2 鋼絲繩布置及計(jì)算分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼絲繩布置及相關(guān)參數(shù)計(jì)算實(shí)際鋼絲繩繩間間距、接頭鋼絲繩繩間間距是否滿足要求。

4.2.1 鋼絲繩基帶鋼絲繩間距計(jì)算分析

考慮到此條基帶垂直提升、使用頻率、輸送量等因素。

式中：SGmin—繩間橡膠最小厚度，mm；

P—鋼絲繩本體鋼絲繩間距，mm；

d—鋼絲繩直徑，mm。

（1）進(jìn)口膠帶空邊鋼絲繩區(qū)間的SGmin：=3/4×15.2-9.2=2.2 mm（P=15.2mm，d=9.2mm，）

該參數(shù)滿足（1）的大于2.12要求。

進(jìn)口膠帶中間區(qū)鋼絲繩區(qū)間的SGmin：=3/4×17.0-9.2=3.55mm（P=17.0mm，d=9.2mm，）

（2）某國(guó)產(chǎn)膠帶計(jì)算。

(2)提出了基于自適應(yīng)模擬退火算法的機(jī)械手慣性力的最優(yōu)化問(wèn)題。改進(jìn)各部件的尺寸，在滿足約束條件及任務(wù)要求的情況下，可以有效地搜索全局最優(yōu)解，最終將機(jī)械手慣性力減少約7.6%。

空邊鋼絲繩區(qū)間的SGmin：=3/4×14-9.6=0.9mm（P=15.2mm，d=9.6mm，）

中間區(qū)鋼絲繩區(qū)間的SGmin：=3/4×13-9.6=0.15mm（P=17.0mm，d=9.6mm，）

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9770-2013普通用途鋼絲繩芯輸送帶，歐洲標(biāo)準(zhǔn)BS EN ISO 15236-1-2005鋼絲繩傳送帶（第1部分：通用傳送帶的設(shè)計(jì)、尺寸和機(jī)械要求）以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HGT4062-2008擋邊帶標(biāo)準(zhǔn)要求，填充膠寬度（基帶鋼絲繩之間距離）應(yīng)大于1.5mm。考慮到此條擋邊帶垂直提升、使用頻率、輸送量等因素，空邊鋼絲繩區(qū)間和中間區(qū)的SGmin的設(shè)計(jì)參數(shù)分別為2.2mm和3.55mm。計(jì)算結(jié)果表明某國(guó)產(chǎn)膠帶的鋼絲繩繩間距不滿足要求。

4.2.2 鋼絲繩接頭間距接頭計(jì)算

（1）采用國(guó)標(biāo)方法接頭鋼絲繩搭接計(jì)算分析。GB9770-2013SGmin計(jì)算公式：

t—鋼絲繩間距；

nst—為階梯數(shù)。

國(guó)產(chǎn)帶接頭空邊區(qū)：SGmin=t/（nst+1）/nst）-d=12.1267/（4+1）/4）-9.6=0.10136mm

根據(jù)標(biāo)計(jì)算可知國(guó)產(chǎn)膠帶空邊區(qū)的SGmin不能滿足要求的大于1.5mm的要求。為了達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，只有增加鋼絲繩的間距。

（2）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方式接頭鋼絲繩搭接的計(jì)算分析。

為了驗(yàn)證上述計(jì)算方法的正確性（公式1、2為計(jì)算普通鋼絲繩芯膠帶機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，垂直膠帶機(jī)膠帶屬于特種膠帶沒(méi)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)），采用ISO 15236-4標(biāo)準(zhǔn)的硫化接頭的基準(zhǔn)規(guī)定的公式計(jì)算SGmin值。根據(jù)ISO 15236-4標(biāo)準(zhǔn)的硫化接頭的基準(zhǔn)規(guī)定（圖3），SGmin計(jì)算式：d—鋼絲繩直徑，mm。

圖3 ISO15236-4硫化接頭示意圖

計(jì)算認(rèn)為國(guó)產(chǎn)膠帶機(jī)膠帶的SGmin應(yīng)選用在2.16mm以上

（3）三階接頭法計(jì)算國(guó)產(chǎn)膠帶接頭間距（圖4）。

圖4 三階接頭示意圖

式（1）和圖4中的意義：SGmin為接頭部位的繩間橡膠最小厚度（mm）

P為鋼絲繩本體鋼絲繩間距（mm）；d為鋼絲繩直徑(mm)；S為階梯長(zhǎng)度（mm）

采用三階搭接計(jì)算空邊區(qū)鋼絲繩SGmin：

根據(jù)ISO 15236-4計(jì)算公式可知空邊區(qū)和中部鋼絲繩的SGmin都不能滿足要求的大于國(guó)標(biāo)1.5mm和ISO15236-4 2.16mm的要求。

將計(jì)算結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行比對(duì)，認(rèn)為歐冶爐現(xiàn)場(chǎng)采用的國(guó)產(chǎn)膠帶的布繩間距沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，造成鋼絲繩的黏合強(qiáng)度不能滿足膠帶的設(shè)計(jì)需求。

4.3 接頭長(zhǎng)度的計(jì)算分析

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT 9770-2013普通用途鋼絲繩芯輸送帶膠帶接頭設(shè)計(jì)要求，按現(xiàn)場(chǎng)采用的4階搭接方式計(jì)算分析。.

采用GBT 9770-2013附件中接頭長(zhǎng)度公式計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表3。

Lv—接頭長(zhǎng)度

Lat—接合長(zhǎng)度，mm

Lat=∑Lanb/(nb×Sv)

式中，∑Lanb為鋼絲繩黏合長(zhǎng)度；

nb分級(jí)黏合的數(shù)目；Sv接頭梯級(jí)數(shù)的安全因子；Fbs鋼絲繩的拉伸強(qiáng)度，kN；Fa鋼絲繩的黏合強(qiáng)度，N/mm。

通過(guò)計(jì)算可知，采用4階搭接方式，進(jìn)口膠帶的搭接長(zhǎng)度計(jì)算值為3013mm，便于操作取50mm的整倍數(shù)，應(yīng)取值為3200mm以上數(shù)值，查進(jìn)口膠帶硫化粘接要求接頭結(jié)合長(zhǎng)度3500mm，總長(zhǎng)度3920mm，滿足要求。

國(guó)產(chǎn)膠帶搭接長(zhǎng)度計(jì)算值為3241mm，便于操作取50mm的整倍數(shù)，應(yīng)取值為3200mm以上數(shù)值，實(shí)際廠家為膠帶制作接頭長(zhǎng)度為2800mm總長(zhǎng)度為3000mm。不能滿足接頭硫化粘接要求。

4.4 接頭斷面布置分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)和膠帶接頭長(zhǎng)度的分析狀況，接頭斷面如圖5所示。

圖5 膠帶接頭斷面布置

根據(jù)GB9770四階搭接方式要求，接頭處的鋼絲繩根據(jù)四階搭接方式計(jì)算可得，鋼絲繩搭接根數(shù)分別為進(jìn)口膠帶鋼絲繩根數(shù)為69+17=86根，國(guó)產(chǎn)膠帶搭接根數(shù)為84+21=95根。

通過(guò)計(jì)算機(jī)放樣可得如圖6所示。

圖6 四階接頭結(jié)構(gòu)示意圖

進(jìn)口膠帶鋼絲繩布置狀況為鋼絲繩間距為12，鋼絲繩繩間距離邊處為2mm，中部為4mm；國(guó)產(chǎn)膠帶鋼絲繩布置狀況為鋼絲繩間距為10，鋼絲繩繩間距離邊處為0.4mm，中部為1mm。

根據(jù)GB9770國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)為1.5mm～5mm。

通過(guò)計(jì)算分析,進(jìn)口膠帶機(jī)鋼絲繩布置狀況滿足要求，國(guó)產(chǎn)膠帶鋼絲繩布置狀況不能滿足要求。

5 計(jì)算結(jié)論

通過(guò)對(duì)膠帶參數(shù)的對(duì)比，膠帶機(jī)負(fù)荷力的計(jì)算，布繩設(shè)計(jì)和力的計(jì)算，接頭長(zhǎng)度計(jì)算，可認(rèn)為膠帶機(jī)塌帶的主要原因是：

（1）國(guó)產(chǎn)膠帶內(nèi)部鋼絲繩的布置不合理是導(dǎo)致膠帶接頭塌帶的主要原因，也是發(fā)生事故的本質(zhì)原因。羅涇COREX運(yùn)行中使用的垂直膠帶及鋼絲繩沒(méi)有發(fā)生類似故障。

（2）膠帶接頭長(zhǎng)度不足是此次事故的又一原因，接頭長(zhǎng)度不足，導(dǎo)致鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度在接頭部位不足，接頭抗拉力不能保證。由于接頭處抗拉力粘接完畢只有原設(shè)計(jì)的最高90%（一般在80%～85%），加上膠帶本質(zhì)鋼絲繩布置不合理，完全滿足不了膠帶機(jī)的正常負(fù)載。從歐冶爐垂直膠帶機(jī)狀況來(lái)看，煤垂直膠帶機(jī)最多運(yùn)行天數(shù)為8個(gè)月，礦垂直膠帶機(jī)運(yùn)行3個(gè)月就發(fā)生出故障,。筆者的分析判斷和生產(chǎn)實(shí)際狀況相吻合。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析探索，找到了歐冶爐垂直膠帶機(jī)膠帶發(fā)生故障的原因，歐冶爐與某國(guó)內(nèi)廠家合作對(duì)采用的膠帶機(jī)鋼絲繩重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)布置，于2018年12月完成更換安裝，使用至今再?zèng)]有發(fā)生故障，故障率降低為零，為歐冶爐穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。針對(duì)歐冶爐垂直膠帶機(jī)故障分析的思路及解決措施可以為類似鋼絲繩膠帶的使用和故障處理提供借鑒。