長距離膠帶輸送機是一種大運輸量輸送設備，具有輸送連續、可靠、自動化程度高、設備維護工作量小、可與工廠總控制系統聯網統一管理、輸送線路按地形布置占有耕地少等特點；同時物料在運輸過程中相對穩定，揚塵點少、對環境污染小。作為我國西部最大的新型干法水泥生產線，都江堰拉法基水泥公司坐落在四川省都江堰市郊蒲陽鎮，石灰石礦山位于直線距離6km外的虹口鄉，廠區和礦區均位于都江堰世界雙遺產自，然保護區，為工程的建設帶來了一定的難度。我院作為本項目的廠區工程設計和石灰石礦山工程總承包商，采用國際流行的交鑰匙總承包方式承擔了該項目建設。礦山輸送系統的結構工程于1999年12月正式開工，2001年3月全線土建主體工程結束，2001年4月開始安裝，2001年11月進入調試。2001年12月正式投入試運行，現已累計運行9個月，輸送礦石60萬t，已通過都江堰拉法基水泥公司的臨時接管和200h性能考核，達到了設計的保證指標。
一、系統設計
1．線路選擇
    由于礦區的最高開采臺段標高為1440m，最低開采標高1170m，工廠標高720。730m，礦山和工廠間最大高差達720rn，而石灰石礦山和生產工廠之間直線距離6km，中間跨越了白沙河、百果崗、llOkV高壓線、滑坡體和多個村莊等自然地物、地貌，地形起伏大，十分復雜，礦山開拓和運輸存在一定的難度。我院技術人員和拉法基集團里昂技術中心技術人員一起，通過宴地反復踏勘和路線選擇，結合礦山地形條件和國內外的成功經驗，經過多方案比較，一致同意礦山選擇漓槽．溜井，平峒方案，經錘式破碎機破碎后粒度小于75mm的碎石經膠帶輸送機送人∮13m的碎石溜井，通過井底喂料機和長距離鋼芯膠帶輸送機運輸進廠。
    在膠帶輸送機的線路選擇時，既要使輸送線路盡量為保證產品質量和產量，配備的自
動化程度技術水平最高，貼近地面、降低架空高度，又要防止挖方量太大，同時要保證皮帶的升降角度控制在合理范圍內，由于受地形和工程地質條件制約，最終選定的膠帶輸送機線路共有6個平峒和隧道，平峒（隧道）總長度2808m。石灰石輸送系統從碎石溜井底
部板喂機轉載溜子排礦口起，到廠區圍墻以內的卸礦平臺止，共分為l號、2號、3號共3條輸送機，中間設有4個轉載站房，站房內布置有轉載設施（如溜子、緩沖倉、給料機）、除鐵器、計量秤和轉載點除塵器系統。膠帶輸送系統縱斷面設計力求降低架空高度，同時控制隧道長度。
    1號輸送機起點在溜井中心以遠ll.lm，終點為2號站轉載漏斗中心，1號膠帶的驅動放在尾部平峒內，從長997.3m的平峒穿出，下行運輸到2號轉載站，全長I631.43m，豎曲線包括1段凸弧和1段凹弧。
    2號輸送機起點在2號站轉載漏斗中心以遠3m，終點為3號站轉載漏斗中心；2號膠帶穿越復雜地形最多，跨越白沙河，穿過5段隧道，全長3905 .72m，豎曲線有Il段，其中凸弧6段，凹弧5段。
    3號輸送機起點在3號站轉載漏斗中心以遠2m，終點為工廠轉載漏斗中心。3號帶較短，全長480.3m．穿過2趟llOkV高壓線，由于高壓線無法搬遷，使線路的布置難度加大，線路從水平段過渡到爬坡段的距離短，角度大，上行坡度為14.4260，因此該線路設計l段凹弧段。
  2.線路設計
   根據選定的輸送線路和運行工況，輸送系統的設計保證指標為：輸送能力600t/h；帶寬800mm;運行帶速3.15m/s；輸送物料石灰石(粒度0~75mm)；松散比重：1.45t/m3;純運行時間：12h/d；運輸不均衡系數1.15。
    根據牽引計算，1號膠帶正常輸送時呈發電運行，反饋功率約140kW，特殊工況時出現電動運轉，但持續時間很短；2號膠帶中部最高，尾部次之，頭部最低，正常運行呈電動工況，功率為211kW，白沙河一端上坡段滿載而工廠一端下坡段空載時達最大功率642kW，特殊工況下出現負功，約一300kW，但時間短暫約150a；3號膠帶為純電動運行，停車后出現較大倒轉力，需設置逆向制動。
    根據上述工況，設計中l號膠帶采取尾部單電機驅動、2號膠帶采用頭尾部三電機雙驅動、3號膠帶頭部單電機驅動，配備德國FLENDER減速機，3條膠帶輸送機的主要設備配置情況見表1。
    3．線路牽引計算
    計算參數的選擇是否合理，直接影響到線路牽引計算結果的可靠性和安全性，我們經
過綜合分析和初步計算，選定的有關計算參數如下。
    運行運轉阻力系數0.03；制動運行阻力系數0.012；上托輥距離2000mm;下托輥距離6000mm；調心托輥距離100000mm;系統的啟（制）動加（減）速度≤0.1m/a2；膠帶安全系數根據拉法基的技術標準，膠帶安全系數為10。
    通過對3條膠帶輸送機的各種運行工況分析，計算出了各種工況下的不同結果，為系統設備的選擇奠定了基礎。牽引計算結果見表2～表4。
    整個輸送系統在各種工況下運轉狀態參數見表5_表7。其中不利工況①為上坡段滿載、下坡段空載。不利工況②為上坡段空載、下坡段滿載。
    4．系統拖動和控制過程
    全系統從各設備的啟停制動、故障檢測、各設備間和本系統與其前后相關的設備系統間的聯鎖操作，全部采用集中控制，具有較高的自動化控制水平，同時具有單臺設備在需要時脫離系統單獨運行和就地控制的功能，可以進行維修和調試工作。
    為保證整個系統的正常運行和有效地管理，礦山設有一套完整的對膠帶輸送機的控制系統，集中在破碎站中控室進行監控，同時在廠區中控室也可以監視膠帶輸送系統的運行情況。控制操作系統采用流行的、工業標準的實時多任務操作系統，組態軟件允許用戶準確而方便地構成或修改系統配置，具有良好的開放性，允許用戶運行自己編制的軟件。該系統由操作站、現場控制站、膠帶輸送機智能保護裝置、外圍檢測設備、開關站微機多功能保護裝置等設備組成，實現膠帶輸送系統的設備和電力參數的集中監控和管理。在1號、2號、3號、4號膠帶驅動站設有現場控制站，各現場控制站通過計算機網絡連接，在中央控制室設電視監視器，以監視膠帶運輸系統各下料點的工作情況和平峒及隧道中膠帶機的運行情況。
一、系統技術特點
  1．輸送速度較快
  根據拉法基集團的要求，結合中國國家標準，我們選用了3.15m/a的膠帶輸送速度作為正常運行速度，改變了國內同類型、同規模膠帶輸送機采用寬帶低速的習慣。初始啟動速度設定值為0—1m/s。
    2．托輥間距大
    托輥作為膠帶輸送機的主要部件之一，其作用是支撐輸送帶、減少運行阻力、并使輸送帶的垂度不超過一定限度，以保證輸送帶的平穩運行，托輥的總重量約占整機重量的30%～40%，由于數量多，托輥的運行狀況直接影響到輸送機的正常運行和經營費用。因此托輥間距的確定合理與否，將決定托輥數量的多少。
    膠帶輸送機的槽形承載上托輥間距為1200mm、回程下托輥間距為3000mm、摩擦調心托輥間距為20m，已廣泛使用于煤炭、冶金、化工、建材等行業，成為了我國公認的設計、制造標準。而拉法基公司根據其自身的技術標準和工程使用經驗，提出加大托輥間距減少托輥數量，節省膠帶輸送機的機械設備投資，我們在設計中根據膠帶輸送機的運行工況和線路布置的特點，通過充分地論證和可靠性分析，在滿足拉法基技術標準和運行可靠的前提下，選擇槽形承載上托輥間距為2000mm，回程下托輥間距為6000mm，摩擦調心托輥間距為100m，減少了托輥數量約20%。根據設計結果，托輥選用d108mm已滿足工況要求，而我們采用∮133mm托輥，減少了托輥的轉動次數，有利于延長其壽命。
    3．拉緊裝置自動化
    由于長距離膠帶輸送機在啟動、制動時為保證啟動、制動力的傳遞所需要的拉緊力不
同，設計中采用液壓自動拉緊裝置，可按帶式輸送機不同工況的需要調整輸送帶張力，保證輸送帶有效地工作，避免輸送帶張力過大，影響膠帶使用壽命，又可避免張力過小，使輸送帶與傳動滾筒之間打滑、皮帶跑偏等異常現象，還能降低膠帶的需要強度。選用的拉緊裝置性能參數見表8，該裝置具有下列特點。
    (1)根據需要任意預置輸送機膠帶的啟動和正常運行拉緊力。
    (2)響應快、張緊力自動變換，伸縮補償迅速。
    (3)具有斷帶停車功能，可納入自控系統。
    (4)結構緊湊、安裝空間小、操作簡單。拉緊系統由液壓泵站、油缸、蓄能、控制箱構成，油缸通過動滑輪、鋼絲繩與拉緊滾筒車相連。
    4．膠帶安全系數高
    輸送膠帶的可靠性直接影響到整過輸送系統的穩定運行，輸送帶的強度特性、伸長特性、抗沖擊與撕裂性能等確定了輸送帶的安全性能，即通常所說的安全系數，中國的鋼芯輸送帶安全系數一般在7～9之間，而我們在設計計算中充分考慮拉法基公司的技術規范和中國國家標準，輸送帶安全系數10，為膠帶輸送機的可靠運行提供了可靠保證。
    5．完善的完全保護裝置
    打滑、跑偏、縱向撕裂保護裝置以及線路雙向拉線停車開關組成了膠帶輸送系統的膠帶綜合保護裝置。這些裝置各施其職，維持和保證了膠帶的正常運行。同時，在各轉載點轉載溜子均設有料位計或物料檢測裝置，用以監測物料的流動情況，一旦發生物料堵塞或斷料故障，監控系統能及時發出警報或停車指令。
    (1)膠帶打滑保護裝置
    打滑保護裝置安裝在傳動滾筒附近，每臺驅動滾筒均有一套，通過檢測探頭發出的膠帶與傳動滾筒（或傳動滾筒與改向滾筒）的線速度信號間的比較判定膠帶與傳動滾筒間是否同步，按輕微打滑、嚴重打滑停車等工況設置報警信號，直接輸入礦山控制系統。打滑量和報警停車延時時間均通過編程進行設定和調整。
(2)跑偏開關
    在輸送系統沿線，按照要求布置了膠帶距偏開關，按輸送工況設定跑偏報警信號和停車信號。當跑偏量為5%帶寬時報警，達到10%帶寬時發出停車指令；或按行程開關偏轉角度分級：1級10°±2°、2級30°±2°進行報警。
    (3)撕裂保護裝置
    輸送機的給料點，尤其在溜井底部的重型板喂機卸料點，有可能由于物料中混入碎鐵、井壁支護材料或因導料板安裝不良而卡進大塊物料，使膠帶被刺穿，發現不及時便會被撕裂。
    撕裂保護裝置在國內外使用的種類較多，但效果均不十分理想，本工程采用攔索式撕裂保護裝置，分別安裝在3個轉載點。同時l號膠帶選用帶橫向抗裂纖維加強結構，形成對膠帶的多重保護。
    (4)雙向拉線開關
    輸送機沿程按80m間距布置了雙向拉線開關，作為巡檢人員臨時發現故障或危險跡象時發出急停信號的裝置，每一個開關均可在兩端40m內操縱停車，事故危險過去后，人工復位。采用人工復位目的在于確認故障排除。
    (5)自動除鐵裝置
    自動除鐵裝置配置于1號帶尾部峒室內，采用懸掛式永磁除鐵器，該除鐵器由鐵氧體永磁塊及一條卸鐵短膠帶組成，短膠帶機由電動滾筒驅動，該裝置的額定懸掛高度250mm，最大吸鐵高度300mm，吸鐵能力O,I—25kg。
    (6)液壓調速制動器
    作為一種下運發電運轉制膠帶輸送機的主要制動裝置，我們在1號、2號膠帶的驅動部分安裝了液壓調速制動器，該裝置由柱塞式變量泵、電液比例調速閥、比例控制器、限壓閥、溢流閥、換向閥等組成液壓控制系統，可以按需要設置系統停車（制動）減速度，使輸送機按預定時間停車制動。同時可以用于長距離、大運量緩傾角或水平輸送機中作限時停車裝置。該制動器還具有在電網突然斷電的情況下，也能按要求正常停車的功能，確保輸送系統的安全工作。經過調試和試運行，該裝置運行狀況良好，達到了預期效果。
    6．工程地質條件復雜
    由于受地質構造的影響，輸送系統經過的地段，出露的巖層以砂巖、粉砂巖、頁巖、第四系粘土等為主。平峒（隧道）穿過的地層有石灰巖、頁巖、砂巖地層和煤層，工程地質條件十分復雜，施工過程中，經常出現塌方、涌水、冒頂等情況，同時在百果崗隧道的施工過程中，出現了大量的瓦斯氣體，為隧道的掘進增添了額外的難度；地表多處為軟弱巖層，風化嚴重，地耐力差，地基處理難度大。通過制定合理的施工方案、科學組織施工，克服了涌水、塌方、瓦斯氣體等災害性事故的發生，保證了整過輸遺系統結構工程的順利進行。
    7+露天化鋼結構皮帶輸送機走廊
    全長6km的輸送機廊架空部分采用開敞式鋼結構，僅設彩色壓型鋼板皮帶機罩防護。當架空段跨度≤12m時采用鋼管結構；當12m<架空段距度L≤25m時采用開敞式鋼桁架結構，架空段跨度> 25m時采用封閉式鋼桁架結構，鍍鋁鋅彩色壓型鋼板圍護，架空段人行通道采用鍍鋅鋼格板。膠帶輸送機廊改變了傳統的鋼筋混凝土結構型式，減少了混凝土結構，節省工程投資，同時全鋼結構的輸送機走廊采用協調的色彩，與周圍的自然景觀融為一體，和風景區形成完美的結合，成為一道獨特的風景線。
三、設備配置
  為保證整個系統運行工況趨近理想，在機械設備、電氣設備、膠帶、輔助設施的選擇上，既保證技術先進、性能優良、質量可靠，又確保有完善的售后服務體系。
    1．機械設備
    1號機和2號機均為下行布置，但因運距和高程的差異使其運行工況形成反差。正常運行時1號輸送機呈發電狀態，1號輸送機在系統意外斷電時，將有自行下滑失控飛車的可能性存在；2號輸送機呈電動狀態，但在特殊工況下電網失電亦有飛車危險；3號輸送機為上行布置，停機后有倒轉的趨勢。1號機和2號機在各自的不同區段內如果載荷間斷或不均勻時，會出現各種不同工況，設計或管理不當，都將導致事故的發生。
    機械設備配置的原則就是要盡力保證上述情況將要出現時，系統能通過自身的功能，避免事故發生和擴大。
    為保證輸送系統在緊急情況下的安全運行和停機，l號機與2號機的尾部每臺驅動機均配置有2套制動器（即YWZs液奪推桿制動器、YZQ液壓調速制動器），3號機配置有l套YWZ5液壓推桿制動器和帶有內置非接觸式逆止器的減速器。
    為防止物料粘結在膠帶表面形成粉料堆積，引起膠帶的強烈磨損和跑偏，每條膠帶均設有清掃器，預防回程膠帶將異物帶人滾筒；并在1號、2號膠帶機上配有翻轉裝置，使膠帶在回程時，承載面翻轉向上，使下托輥與干凈面接觸，減輕托輥和輸送帶的磨損，增加輸送帶壽命；翻轉裝置由4個滾筒、兩組可調傾角的橡膠圈式托輥組及一對相同托輥組成的夾輥構成，每條輸送機布置兩組，結構完全一樣。
    膠帶輸送機的正常運行離不開拉緊裝置的保護，特別是1號、2號膠帶輸送機距離長、運行工況復雜，要在不同的工作狀態提供相應的拉緊力，沒有良好的拉緊系統，無法保證輸送帶在傳動滾筒的摩擦傳動、彈性伸長要求的拉緊行程、垂度限制等需要，對整個系統的正常運轉帶來不利影響。因此，1號、2號機均配置有液壓自動拉緊裝置，3號輸送機由于輸送距離短，采用重錘拉緊方式。
    壓帶輪設在某些凹弧區段的兩端和中間適當位置的承載面上方，用以預防非正常工況下，空載弧段膠帶張力劇變時可能產生的漂帶現象，正常運行時并不接觸膠帶。
    2．自動化控制水平
    機械設備的可靠運行，需要通過電氣控制系統來完成，全系統從各設備的啟停制動、故障檢測、設備間和本系統與其前后相關的設備系統間的聯鎖操作，全部采用集中控制，具有較高的自動化控制水平。礦山輸送系統的整個控制過程與工廠的中央控制室聯網，在中控室隨時能掌握系統的運行情況。同時單臺設備在需要時可以脫離系統單獨運行和就地控制，進行維修和調試。從系統的可靠性、安全性、兼容性、可擴展性和開放性出發，在設備的選擇上，我們要用招標形式確定硬件設備和軟件設備供貨商，經綜合比較并結合工程的具體情況，最終選擇了施耐德電氣、ROCKWELL．自動化、E+H儀表、HONEYWELL、VICON及國內知名企業的產品，形成了完整和實用的礦山電氣系統。
四、安裝調試與試運行
    系統于2001年4月開始安裝，安裝過程中由于受到雨季的影響，造成已安裝設備的局部銹蝕和運轉不靈，在采取積極的修復措施后，于2001年Il月開始單機調試。2001年12月進行帶負荷調試和試運行，到目前為止，已通過性能測試的考核，累計輸送礦石60萬t，輸送系統達到設計要求。在調試過程中，輸送能力從100一700t/d、輸送速度從1—3 .15 m/s逐漸增加，按設定的工況參數分時段運行，達到了預期的目的。但在調試過程中也相應出現了個別問題，經過調試和改進后，保證了整個系統的正常運行。調試中存在的問題主要表現在以下幾個方面。
    1．空負荷試車和試運轉時1號膠帶輸送機跑偏
    2001年12月在空負荷試車時，1號膠帶輸送機出現嚴重跑偏現象，在驅動裝置起動約5 min后，開始距偏，順著時間的延長，跑偏越來越嚴重，致使保護裝置動作，造成故障停機。經過反復觀察和分析，我們認為空負荷調試時，排除膠帶接頭影響外，引起膠帶輸送機跑偏有以下幾個因素。
    (1)膠帶初始硬度過大
    1號膠帶加入了橫向纖維增強防撕裂性能，但同時增大了膠帶硬度，使膠帶的初始成槽性能差，容易跑偏，加之個別膠帶接頭處中線重合度稍差，造成無規律左右跑偏。經調整，目前已正常運行。
    (2)調心托輥調心效果差
    系統選用摩擦式調心托輥，在使用中效果不理想，其主要原因是摩擦塊壓簧彈力不合適，彈力過大則托輥不動，使膠帶過度磨損；彈力過小則不能推動托輥架進行調心。另外，托輥中軸承不靈活，有的根本起不轉動，喪失了調心功能，對調心效果有影響。
    (3)物料偏載
    喂料設備的頭部和膠帶輸送機之間有一個較大的非標準卸料溜子，其內部空間較大，物料沖擊到溜子的緩沖擋板上，改變了物料流向，到達腔帶輸送機時不能對中，而且料流不穩定，堆放不均勻，這種狀況在輸送粘濕性物料的雨季較嚴重。膠帶偏載必然跑偏。跑偏嚴重時調心托輥根本起不到作用。我們在下料溜子的結構上提出了整改措施，調整物料的運動軌跡，規范物料轉載狀況，使物料落到膠帶的中心線上，克服由于下料原因引起的膠帶跑偏。
    (4)物料粘附滾筒
    物料中含水分高的粘土多，在轉載過程中由于撒料或清掃不徹底，物料粘附在滾筒上，使少數滾筒直徑變化，影響膠帶的運行狀況。
    (5)托輥轉動不靈或不轉動
    經過約3個月的試運行后，發現少數托輥尤其摩擦式調心托輥的單側輥子不轉動或間斷轉動，使膠帶在托輥上的局部摩擦阻力加大，膠帶的磨損加大，增大了膠帶跑偏的幾率。通過分析發現，由于托輥安裝的時候正值雨季，少數托輥安裝完成后未及時采取防雨措施，雨水對托輥造成了一定影響，托輥有局部銹蝕的現象；極少數托輥由于制造原因，使軸承過早失效，致使運轉呆滯咬死。
    2.2號膠帶尾部一度被壓死
    2號膠帶由3臺電機頭尾驅動，頭部1臺電機的任務是在承擔部分功率之外，啟動時還要保持上膠帶的足夠張力，使上膠帶任何區段不致松弛。試運行中發生過一次尾部壓死事故，2號帶按程序啟動時，尾部突然上帶松弛，托輥間膠帶下垂，物料從兩側大量散落，在張力較小的1號隧道下口白沙河上空處尤為嚴重，接連5個間距的膠帶下垂度達700mm，上托輥間的物料全部瀉人白沙河中，膠帶無法啟動。經反復操作，在減少給料量并加大變頻器啟動轉矩后，幾次緩慢拖動，直到重載段拉上山頂，故障方才消除，同時在運行初期發生過一次頭部驅動電機燒壞的事故，分析兩次事故的原因，一是電機本身出力不足，二是膠帶面上物料量超標；對故障電機修復完畢并對系統參數進行調整后達到了正常運轉狀態。
 五、結束語
    優化的系統設計和完善的調試工作，為整個系統的穩定運行奠定了堅實的基礎。都江堰拉法基水泥公司礦山工程長膠帶輸送機投入運行后，達到了預期的設計指標，保證了礦石的連續輸送。
   （轉載請注明：富通新能源皮帶輸送機http://www.axspfw.cn/shusong/131.html）