长距离带式输送机的初步设计选型

赵翔，王荣，汪瑞敏，吕亚伟

带式输送机具有地形适应性强、输送量大、运输效率高、运营维护成本低、可连续作业等特点，广泛应用于建材矿山破碎后的石灰石矿石输送[1]。在带式输送机建设项目的前期方案设计阶段，一般仅能收集到项目建设规模、矿山开采运输情况、拟定线路地形条件等资料，只能根据已有资料，假定部分因素条件进行前期阶段的设计选型，确定带式输送机的设计输送量、带速、带宽等设计参数，为项目的详细设计作准备。

本文以浙江某布置长度约7.5km 的长距离带式输送机项目为例，简要介绍了带式输送机项目前期方案设计阶段中各影响因素选取、设计参数计算的工作过程。

1 项目概况

浙江某长距离带式输送机项目的矿区与水泥厂直线距离约7km，矿山建设规模为600 万吨/年。石灰石破碎采用锤式破碎机，破碎后的石灰石粒度＜50mm（90%），碎石通过带式输送机输送至水泥厂，输送机总布置长度约7.5km。因项目前期方案设计阶段资料不充分，输送机沿地面线路架空布置，平面转弯、纵向凹凸弧、张紧形式等按常规设计考虑。

石灰石矿山工作时间制度为每年300d，每天2班，每班8h。

2 输送能力确定

2.1 理论输送量QV（Qm）

理论输送量QV（Qm），即带式输送机在最大允许承载量时，单位时间输送物料的理论体积或质量。理论输送量大小与理论横截面积、带速及倾斜输送时输送带承载物料的上部横截面积缩减系数等因素有关。

2.2 设计输送量Q

设计输送量Q，即带式输送机单位时间输送物料的设计体积或质量，受供料方式、线路布置、输送能力储备要求等条件影响。在带式输送机工程技术标准和设计手册中，用理论输送量利用率系数（φ1），将理论输送量转换为设计输送量。

2.3 系统输送量Q0

系统输送量Q0，即工程项目设计要求的带式输送机单位时间输送物料的体积或质量，本项目因使用汽车运输矿石，需考虑矿山生产中给料不均衡的情况。

根据矿山工作时间制度，确定矿山每班有效工作时间为6.66h，年有效工作时间为4 000h，经计算确定本项目系统输送量Q0为1 500t/h。

2.4 输送能力核验

本项目前期方案设计阶段选定的带式输送机输送能力应满足式（1）要求[2]：

当计算所得的设计输送量Q≥Q0=1 500t/h 时，设计选型满足要求。

3 影响输送能力的因素

3.1 设计输送量

根据带式输送机工程设计资料，带式输送机设计输送量计算公式为[3]：

式中：

Q——设计输送量，t/h

φSt——倾斜输送时，输送带承载物料的理论横截面积缩减系数

φ1——理论输送量的利用率系数，根据工程的工艺要求、物料特性等因素确定，宜为0.7～1.0

A——输送带承载物料的理论横截面积，m2

ν——带速，m/s

ρ——散状物料的堆积密度，t/m3

3.2 理论横截面积

带式输送机的理论横截面积，根据输送带承载物料的有效宽度、承载托辊的数量、托辊长度、槽角及物料的动堆积角等因素确定，水平输送时，其计算公式为：

式中：

A1——输送带承载物料的上部横截面积，m2A2——输送带承载物料的中部横截面积（4个托辊、5个托辊），m2

A3——输送带承载物料的下部横截面积（2 个托辊～5个托辊），m2

带式输送机承载托辊组有多种形式，托辊数量在1～5 个之间。国内工程项目通常选用承载托辊数量为3 个的托辊组形式，其理论横截面积如图1所示。

图1 3个托辊的输送带承载物料的理论横截面积示意图

当输送带承载托辊组为图1所示的形式时，式（3）可转换为式（4）[4]：

式中：

l3——承载托辊组中间托辊的长度，m

b——输送带有效宽度，m；当输送带带宽B≤2m 时，b=0.9B-0.05，当B＞2m 时，b=B-0.25

λ——槽型托辊组的槽角，°

θ——物料的动堆积角，°；与物料的流动性、粒度及组成、形状、含水率等因素有关，也与带式输送机的带速、长度等参数有关

3.3 倾斜缩减系数

长距离带式输送机线路一般沿地面布置，其线路在纵向上包括水平输送段和倾斜输送段。当带式输送机倾斜输送物料时，受物料重力、内摩擦角等因素的影响，输送带承载物料的上部横截面积A1将减小。因此，计算长距离带式输送机的设计输送量时，应考虑倾斜输送物料时输送带横截面积缩减因素的影响。

当长距离带式输送机运行稳定、给料均匀、输送的物料粒度小，同时输送线路中纵向最大倾角δmax不大于物料的动堆积角θ时，倾斜输送时输送带横截面积缩减系数计算公式为[5]：

式中：

δ——带式输送机的倾角，应取线路中的最大倾角，°

为简化计算，当输送常用一般特性物料，采用3 个托辊的托辊组、槽角为35°，动堆积角分别为15°、20°、25°时，可通过表1选取对应的输送带横截面积缩减系数φSt。

表1 倾斜输送时输送带承载物料的横截面积缩减系数φSt

3.4 水平转弯系数

长距离带式输送机线路一般沿地面布置，其线路在平面上包括直线输送段和水平转弯输送段。其中，直线输送段设计输送量按式（2）计算。在水平转弯输送段，当水平转弯半径较小时，输送带承载物料的横截面积有可能比直线输送段小，此时应考虑水平转弯段横截面积减小因素的影响。

在长距离带式输送机前期方案设计阶段，通常按水平转弯半径足够大考虑，不考虑水平转弯系数，水平转弯段输送带承载物料的横截面积不变。详细设计阶段应根据水平转弯段的托辊组形式、托辊数量、托辊槽角、托辊组内曲线抬高角等因素，核算水平转弯段输送带承载物料的横截面积[6]。

4 设计参数计算及设备选型

根据本项目输送线路现场踏勘情况，在卫星图上初步确定长距离带式输送机线路的直线输送段和水平转弯输送段，再按照上述计算公式，计算带式输送机带速、带宽、设计输送量等设计参数，进行设备选型。

4.1 带速、带宽设定

长距离带式输送机的带速ν，应根据输送机工艺要求、环境条件、长度、输送量、输送机带宽B等因素综合考虑确定。通常长距离带式输送机宜选择较高的带速。这是因为，适当增大带速可以减小带宽，进而减小输送带的张力，在经济上是有益的[7]，本项目的带速ν暂定为3.15m/s。

长距离带式输送机的带宽B，受输送机输送物料的最大粒度及粒度组成、物料的动堆积角等因素影响。为达到要求的设计输送量，输送机带宽B应与输送机带速ν综合考虑确定，并应符合现行国家标准中关于带宽的规定。根据选定的带速，本项目输送机带宽B暂定为1.200m。

输送机带宽还应根据输送物料的尺寸及特性进行校核，当动堆积角为20°～30°时，不同带宽输送常用物料的允许最大粒度可参考表2[5]。本项目输送的物料为锤式破碎机破碎后未经筛分的石灰石，粒度＜50mm（90%），参考表2中数据，带宽的选择符合要求。

表2 带式输送机的带宽与输送常用一般特性物料的允许最大粒度范围*，mm

4.2 倾斜缩减系数、利用率系数、水平转弯系数选用

因缺少长距离带式输送机线路的地形资料，在前期方案设计阶段，本项目纵向最大倾角按不利条件考虑，设定纵向最大倾角为上行16°，再根据式（5）计算或查阅表1确定倾斜输送物料时的倾斜缩减系数。本项目输送物料为破碎后的块状石灰石，采用3个托辊的托辊组，托辊组的槽角为35°，物料的动堆积角为20°，输送时输送带横截面积倾斜缩减系数φSt取0.87。

本项目矿山破碎车间采用汽车运输方式，将矿石送至破碎机卸料，考虑汽车运输供料的波动，以及长距离带式输送机工况的复杂性，理论输送量利用率系数φ1取0.70。

在本项目前期方案设计阶段，带式输送机水平转弯半径按足够大考虑，水平转弯段横截面积缩减系数取1.00。

4.3 理论横截面积计算

本项目带式输送机理论横截面积按式（4）计算，在带速、带宽已设定的条件下，查阅《DTII（A）型带式输送机设计手册》[8]而确定，带式输送机各影响因素选取和设计参数计算结果见表3。

表3 带式输送机各影响因素、设计参数计算结果

4.4 设计输送量计算及设备选型

将表3 中的相关参数代入式（2），计算得出本项目的设计输送量Q为1 653t/h，Q≥Q0=1 500t/h，满足式（1）要求，因此本项目长距离带式输送机前期方案设计阶段的设备选型确定为：

系统输送量Q0=1 500t/h，带速ν=3.15m/s，带宽B=1.200m，设计选型满足前期方案设计阶段工程设计要求。

5 结语

（1）本文介绍了带式输送机前期方案设计阶段设计输送量、带速、带宽等主要设计参数的计算、选型方法，为详细设计阶段奠定了基础。

（2）在带式输送机前期方案设计阶段，设计所需资料不足，需根据设计手册和经验，对部分影响因素和设计参数进行合理假设和设定。

（3）带式输送机设计选型的影响因素较多，涉及较多的设计参数、计算公式，且部分设计参数、计算公式存在相互影响、互为引用的情况。