李會川

河北港口集團(tuán)港口機(jī)械有限公司

1 引言

帶式輸送機(jī)作為一種散狀物料輸送設(shè)備，具有輸送能力大、操作簡單、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，由于帶式輸送機(jī)系統(tǒng)的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障就會造成全線停機(jī)，因此在生產(chǎn)運(yùn)行過程中對設(shè)備系統(tǒng)的可靠性有很高的要求。轉(zhuǎn)運(yùn)站料斗作為物料轉(zhuǎn)運(yùn)、分流的重要節(jié)點(diǎn)，對生產(chǎn)效率的影響很大。

某煤炭碼頭建有1條14 km的皮帶長廊，現(xiàn)階段有11 km投入生產(chǎn)運(yùn)行。該段共有4個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站，主要運(yùn)輸鐵礦石，設(shè)計(jì)年通貨能力1 500萬t，皮帶機(jī)額定流量為4 000 t/h。在前期的試運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)各轉(zhuǎn)運(yùn)站的料斗經(jīng)常出現(xiàn)堵料，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，料斗堵料成為亟需解決的問題。

2 堵料原因分析

產(chǎn)生堵料有物料特性和料斗結(jié)構(gòu)2個(gè)方面的原因。若在料斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)未能充分考慮所運(yùn)輸物料的特性，在運(yùn)輸含水量較大的黏料時(shí)(尤其是含水高的粉狀鐵礦石、鋁礬土等)就很容易發(fā)生堵料。本次改造重點(diǎn)對料斗的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

在試運(yùn)行期間，通過對現(xiàn)場實(shí)際堵料位置和次數(shù)的統(tǒng)計(jì)以及料流方向的觀察，發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸黏料時(shí)堵料最為頻繁的是MZ1和MZ3轉(zhuǎn)運(yùn)站料斗，這2個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站的料斗示意圖見圖1。

經(jīng)現(xiàn)場分析，其堵料的主要原因是料流方向與接觸面角度較大，致使物料經(jīng)過該位置折轉(zhuǎn)時(shí)速度放緩形成部分積料。隨著積料增多，該位置流入和流出的物料逐漸達(dá)到平衡，但這部分積料一直存在。由于該部位料斗橫截面積較小，當(dāng)有大料頭經(jīng)過時(shí)，極易發(fā)生堵料現(xiàn)象。

為了確定物料流向與接觸面之間的角度，用基于離散元技術(shù)的顆粒力學(xué)仿真軟件EDEM對物料流進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果見圖2。經(jīng)測量MZ1和MZ3塔物料流向與接觸面的夾角分別為48.78°(0.851 406 rad)和46.51°(0.811 708 rad)。因?yàn)槲锪吓c料斗接觸面的摩擦角一般在35°左右，以上2個(gè)角度均遠(yuǎn)大于摩擦角，料斗接觸面對物料產(chǎn)生的摩擦力大于物料沖擊力在平行于接觸面上的分力，因此物料在該位置的速度會大大降低，形成積料。

圖2 MZ1和MZ3轉(zhuǎn)運(yùn)站料斗EDEM仿真結(jié)果

3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析對料斗進(jìn)行改造，以改變料流方向和料斗橫截面積的方法防止堵料發(fā)生。從圖2可以看出，物料從皮帶上進(jìn)入料斗后經(jīng)過料斗斜面折返到容易發(fā)生堵料的位置，按照圖3的方式改變料斗斜面的角度，同時(shí)增大料斗截面尺寸。

圖3 轉(zhuǎn)運(yùn)站料斗改造方式

考慮到改變料斗的形狀和尺寸受到現(xiàn)有轉(zhuǎn)運(yùn)站鋼結(jié)構(gòu)的限制，不能完全按照模擬的理想狀態(tài)進(jìn)行改造，在改造設(shè)計(jì)時(shí)征求轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)計(jì)和制造廠家的意見，并做了梁系的結(jié)構(gòu)和受力的驗(yàn)算，確保梁系的調(diào)整對結(jié)構(gòu)和受力的影響在允許的范圍內(nèi)。

MZ1轉(zhuǎn)運(yùn)站各層梁系見圖4，在圖中皮帶運(yùn)行方向?yàn)閺挠彝?，?biāo)高17.74 m的樓層為頭部漏斗基礎(chǔ)，標(biāo)高11.94 m的樓層為頭部漏斗下一層料斗基礎(chǔ)。從圖中可以看出，頭部漏斗前方(2軸位置)為主梁結(jié)構(gòu)，后方為次梁結(jié)構(gòu)，為滿足漏斗結(jié)構(gòu)和尺寸更改的要求，將次梁向右(皮帶運(yùn)行反方向)移動800 mm。漏斗下一層的料斗基礎(chǔ)兩側(cè)均為次梁結(jié)構(gòu)，為滿足料斗結(jié)構(gòu)尺寸增大的要求，2根次梁分別向兩側(cè)移動各300 mm。

圖4 MZ1轉(zhuǎn)運(yùn)站各層梁系圖

MZ3轉(zhuǎn)運(yùn)站各層梁系見圖5，在圖中皮帶運(yùn)行方向?yàn)閺挠彝?，?biāo)高20.74 m的樓層為頭部漏斗基礎(chǔ)，標(biāo)高15.60 m的樓層為頭部漏斗下一層料斗基礎(chǔ)，從圖中可以看出，兩層漏斗和料斗基礎(chǔ)兩側(cè)均為次梁結(jié)構(gòu)，為滿足機(jī)構(gòu)和尺寸更改的要求，頭部漏斗前方次梁左移300 mm，下一層料斗基礎(chǔ)取消2個(gè)料斗孔之間的次梁，右側(cè)次梁右移400 mm。

圖5 MZ3轉(zhuǎn)運(yùn)站各層梁系圖

對轉(zhuǎn)運(yùn)站梁系進(jìn)行調(diào)整后，相應(yīng)對MZ1轉(zhuǎn)運(yùn)站料斗做如下調(diào)整：

(1)上部料斗傾斜角度由65°調(diào)整為70°。

(2)料斗截面尺寸由1 m×1 m增大到1.2 m×1.4 m。

(3)同時(shí)將喂料靴后移，中部料斗與水平面夾角由60°增加到65°。

對MZ3轉(zhuǎn)運(yùn)站料斗做如下調(diào)整：

(1)上部料斗傾斜角度按照箭頭方向改為與水平面垂直的方向。

(2)中部料斗截面尺寸由1 m×1 m增大到1.2 m×1.4 m。

(3)同時(shí)可將喂料靴后移，中部料斗與水平面夾角由60°增加到65°，改造后的圖紙見圖6。

圖6 MZ1和MZ3料斗改造圖

4 改造設(shè)計(jì)后物料流向分析

用EDEM對新設(shè)計(jì)的料斗進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果見圖7。經(jīng)測量，MZ1和MZ3塔新設(shè)計(jì)的物料流向與接觸面的夾角分別為39.774°(0.694 187 rad)和28.24°(0.492 892 rad)。因受轉(zhuǎn)運(yùn)站鋼結(jié)構(gòu)限制，改造后MZ1塔的物料流向與接觸面的夾角雖然仍大于摩擦角，但較改造前有很大改善，加上料斗橫截面積的增大，可有效減少堵料的產(chǎn)生。MZ3塔的物料流向與接觸面的夾角小于摩擦角，大大改善了料斗結(jié)構(gòu)，可有效避免堵料的產(chǎn)生。

圖7 MZ1和MZ3轉(zhuǎn)運(yùn)站新料斗仿真結(jié)果

5 結(jié)語

MZ1和MZ3轉(zhuǎn)運(yùn)站料斗改造后，經(jīng)過近1年半的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，堵料頻次由每周3～5次變?yōu)槊?～3月1次，并且只有在運(yùn)輸極黏物料時(shí)才會發(fā)生堵料。運(yùn)輸較黏物料時(shí)流量從1 000 t/h提升到4 000 t/h，有效解決了物料運(yùn)輸過程中的堵料問題。