管状胶带机设计特点介绍

目录
1.管带机的发展及其优势 (1)
2.管带机的结构特征 (2)
3 线路布置 (4)
4 管带机安全保护措施 (5)
5.设计计算 (6)
6.蒲圻电厂管带机布置简介 (7)
7.结语 (15)
管状胶带机设计特点介绍
中南电力设计院董丽华【摘要】本文结合蒲圻电厂工程管状胶带机招评标工作成果介绍管状胶带机设计特点，并着重介绍蒲圻电厂工程管状胶带机安全保护措施、胶带机功率计算及参数选择，供类似项目设计参考。

【关键词】管带机胶带过渡段成形段安全系数扭曲跑偏运行阻力系数附加阻力电机功率
蒲圻电厂工程除灰用管状胶带机是将灰库下的调湿灰送至灰场，管带机的评标工作于2003年5月下旬在武汉举行，投标的厂家是北京华电（代表日本普利斯通公司）和上海精裕（代表日本三菱公司），在评标过程中，我们从国内唯一一家代理日本普利斯通公司生产胶带的厂家－浙江双箭橡胶股份有限公司也取得了一些资料。

本文结合蒲圻电厂工程管状胶带机招评标工作成果介绍管状胶带机设计特点。

1.管带机的发展及其优势
随着人们对环境的要求越来越高，管带机作为一种密闭输送物料的运输工具，已经越来越多地应用在许多行业中。

目前，这种技术在32个国家广为应用。

我国于九十年代从日本普利斯通TPE公司（Bridgestone TPE CO.TLD）;前身即JPC公司）引进了管带机设计制造技术，在国内开始了管带机的设计制造工作，并为国内贵州翁福肥厂、四川宜宾电厂、秦皇岛港矿码头、青岛盐湖集团公司100万吨项目部、华能济宁电厂等企业设计、制造、安装了管状胶带机。

管带机与普通带式输送机相比，其优点表现在：
（1）管带机基本上是密封物料输送，可省去建普通胶带输送机廊道的费用，可防止所输送物料遭受雨水或风吹，可防止在运送物料过程中污染环境；
（2）可在水平平面和竖直平面拐弯，水平方向最大弯曲角度达90度，最小弯曲半径为管径的300倍；
（3）可设计成大倾角的输送机，最大倾角可以达到30°；
（4）采用管带机可以省去普通胶带输送机改变方向的转载处的相应机构，降低设备的投资；（5）回程也可设计成输送物料；
（6）特别适合于长距离、陡峭、转弯的复杂地形布置，具有较好的经济性和实用性，最适用于地理位置和地形复杂的电厂、港口和矿山使用；
（7）特别适用于输送对环境具有污染性的物料，如：煤炭、水泥、粉煤灰等。

2.管带机的结构特征
管带机是在普通带式输送机的基础上发展起来的一种新型带式输送机，它同样是靠摩擦运动，并利用按一定间距布置的多边形（正六边形最好）托辊组强制使胶带卷成圆管状, 如图1所示。

其工作过程是：物料从尾部加料漏斗处进入加料段，输送带由平形变为u形，再经过过渡段逐渐变为圆管状，把物料包住密闭运行，输送到头部过渡段时，圆管状输送带由u形渐渐展开成平形，把物料卸掉。

承载回程分支输送带也可形成圆管状运行，或回程分支以平形运行。

2.1胶带：
胶带是管带机承载物料的承载件和牵引件，管带机使用的胶带主要有：尼龙、聚酯织物芯
和钢丝绳芯胶带。

如图2所示结构，管带机要有良好的弹性、纵向柔性、适当的横向刚性和抗疲劳性能；对带芯要求严格，带芯必须具有一定的强度和牢度；两边搭节部分要有良好的可挠曲性，以保证胶带在成管后的密封性和稳定性能。

胶带两边搭接的长度推荐为管径的1/2，
则带宽与管径的关系为：B=(π+1/2) d
管（式中：B-胶带的宽度，m，d
管
-管带机的管径，m）
管带机与其它输送带不同技术指标是横向刚性，这是管带机胶带独特技术指标。

而且每条胶带的宽度不同，厚度不同，它的刚性就不同。

胶带刚性通常的测量方法时：取75 mm长的胶带，用105g→400g的力垂直作用在胶带上,测得的弹力值为胶带的刚性强度。

胶带型号的选择要考虑胶带的最大张力值、输送距离、使用条件及安全系数。

胶带的安全系数是一个经验值，应考虑安全、可靠、寿命、制造质量、经济成本、启动系数、现场条件等多方面的因素。

依据DTⅡ安全系数n的推荐，对钢丝绳芯输送带：n=7~9。

运行条件好，倾角小，强度低，取最小值，反之，则取最大值。

依据浙江双箭提供的安全系数n为：当输送距离在1km以内时，宜适用尼龙芯胶带，安全系数最小取12，其使用伸长率不得大于2％；当输送距离大于1km时，宜适用用钢丝绳芯胶带，安全系数最小取7，其使用伸长率不得大于0.2％。

蒲圻电厂输灰用管带机的现场条件较差，在编标时，我们要求胶带的安全系数不小于8。

可华电在评标过程中坚持n>7即可，这样他们就可以选择ST630的胶带。

而上海精裕在保证安全系数不小于8的情况下，选ST1600的胶带。

在最终的技术协议中，华电还是应技术规范书安全系数的要求，选用n=9.3,ST800的胶带。

2.2托辊：
管带机托辊主要有六边形托辊组、槽形过渡托辊组。

槽形过渡托辊组用于头部和尾部的过渡段，其结构和布置间距与普通带式输送机相同，根据过渡段长度可选用10°、20°、30°、45°、60°几种。

六边形托辊组的布置间距随管带机圆管直径的增大而增大，在确定间距时，还应考虑到输送物料的松散密度转弯半径和弧段类型等。

上海精裕对φ250的管带机，直线段间距为1600mm,弯曲段间距为800mm；可华电承诺对φ250的管带机，直线段间距为1600mm,弯曲段间距为1100mm可以保证胶带不跑偏。

由于管带机卷成管状，中间段一般不设栈桥，因此对管带机辊子的防水性能要求较高。

上海精裕根据GB10595-89提供的标准为：托辊辊子以550r/min旋转时防水托辊（指接触型密封）在浸水工况下，连续运行24小时后进水量不得超过5g.
2.4桁架和支架
由于管带机可以沿着地平线和架空等多种布置形式，根据现场的需要而定。

为了安装管带机托辊架，因此管带机一般选用如图3形式的框架（即桁架），支撑选用圆钢管人字形支架，由于管带机桁架已有足够刚度，则可在两边另加人行通道和检修通道，从而取代输送机栈桥。

2.5其他部件：
驱动装置、传动滚筒、改向滚筒、拉紧装置、头尾架、导料槽、头部护罩、漏斗、尾部护罩、头部清扫器、空段清扫器等部件结构与普通带式输送机结构完全一致。

3 线路布置
3.1布置线路应注意的问题：
（1）管带机可以实现空间曲线输送线路布置，当具有较多的弯曲段时，最好使弯曲段的数量和方向在输送机两侧对称布置，以保证胶带在运行时张力在其横断面上均匀分布，减少扭曲；
（2）管带机的过渡段长度主要由胶带的伸长率和横向刚度决定的。

在过渡段，胶带由平形变成圆形，此时胶带的边缘将被拉伸，并由此产生附加应力。

如果过渡段太短，则胶带边缘将产生很大的附加应力，使其过早地疲劳破坏，严重时甚至使胶带边缘撕裂；如果过渡段太长，又将缩短整个输送线路的密封长度。

对尼龙帆布胶带：过渡段长度通常取
Lg=d
管x25；钢丝绳芯胶带：过渡段长度通常取Lg=d
管
x50。

（3）管带机不适用于中间设有加料点和卸料点。

如果必须在输送段中间设加料点或卸料点，一般采用增加过渡段将胶带展成平形的方式，在加料点安装加料装置加料，或在卸料
点采用电动或手动犁式卸料器直接卸料。

3.2输送路线空间弯曲布置时的曲率半径
管带机的输送路线可以绕过建筑物、跨过河流和公路等，在空间任意方向按曲线布置，省去了中间转载，能实现一机长距离复杂线路输送物料。

但值得注意的是：曲率半径的大小直接影响到胶带和托辊的使用寿命，因此在现场布置允许的情况下要尽量增大曲率半径。

曲率半径应满足下列要求：
x300
尼龙布胶带：转弯半径R≥d
管
钢丝绳芯胶带：转弯半径R≥d
x600
管
4 管带机安全保护措施
管带机的扭曲、跑偏等安全保护问题是大家非常关注的一个问题，在评标时我们也就这方面的问题请投标商解释：
4.1关于扭曲问题：
华电的界定是：胶带调试好以后运行可靠性很高，输送带在发生正负20度范围内的偏转属于正常偏转，当发生20到90度范围内的偏转时属于轻度偏转，按调整方法大约在2小时以内能完成，当发生90到180度范围内的偏转时属于重度偏转，按调整方法要多调整几组托辊，大约在4小时以内能完成。

业主应每天进行巡回检查一次。

供方保证一周内不会发生大于180度扭转。

当胶带扭转45度时，须及时进行调整。

上海精裕的界定是：扭转±60°为轻度扭转，±60°～±90°为中度扭转，±90°～±180°为重度扭转，±180°～±360°为严重扭转，超过±360°为破坏性扭转。

轻度扭转可不调整；中度扭转可不停机加调整垫片进行调整，调整周期一般为2-8小时即可完成；重度扭转可不停机加调整垫片进行调整，调整周期一般为4-16小时即可完成；严重扭转应停机，人工纠正后，加调整垫片后再空载和重载进行调试，调整周期一般为2-4天。

破坏性扭转的调整方式与严重扭转的调整方式相同，调整周期一般为3-5天，如果调整还达不到要求，可增加托辊，并将托辊安装位置旋转30°安装后再进行调试。

在使用中胶带发生扭转时应及时调整，以免发生严重扭转和破坏性扭转。

4.2关于正常运行情况下的物料最大充满度
华电的界定是：在管带机尾部过渡段设置限料装置以控制物料充满度。

当充满系数在0—75%状态下，可保证长时间安全运行。

上海精裕的界定是：管带机正常运行的物料充满度为0－80％；
4.3关于六边形托辊之间的间隙：
华电的界定是：管状胶带机PSK托辊安装架采用模具加工，制造精度高，保证六边形托辊之间的间隙在0.5~4.5mm之间，能有效防止胶带嵌入托辊间隙引起损坏。

上海精裕的界定是：保证六边形托辊之间的间隙在0.5~2mm之间，能有效防止胶带嵌入托辊间隙引起损坏。

4.4管带机其它的安全保护措施与普通胶带机相同，如在管状胶带机头尾过渡槽形段设有调心托辊以防止胶带跑偏，设有拉绳开关、防撕裂、防堵等保护设施。

5.设计计算
管带机功率计算方法和普通胶带机功率计算方法基本相同，不同的地方主要体现在：运行
阻力系数f
P
的选取及管带机各种附加阻力的计算方法。

5.1运行阻力系数fp的选取
管带机的运行阻力系数与普通胶带机的模拟摩擦系数f相似，但由于管带机在运行时被
迫卷成管状，与普通胶带机又有区别。

根据业主提供的参考资料，管带机的运行阻力系数f
P
华电认为运行阻力系数不能简单地用一个工况条件就可以决定其范围，运行阻力系数是与
环境温度有关的，当环境温度低于-15℃时f
P 取0.039，高于该温度时f
P
取0.033。

在蒲圻电厂管带机设计选型时，设计院要求两个投标商的运行阻力系数统一取0.039来计算。

5.2胶带的附加阻力
管带机与普通胶带机不同的还体现在各种附加阻力上，如成形阻力、弯曲阻力、刚性阻力等附加阻力。

华电提供的附加阻力的计算为：
胶带的弯曲阻力可以按DT75来计算，即F=T*(π/180)*θ*fp，其中T为弯曲点胶带的受力；
胶带的刚性阻力可以用g/75mm来表示，F＝71*fp*D/75，其中D为管胶直径；
胶带局部阻力主要包括加料阻力和清扫器阻力，可按DTⅡ型带式输送机中的有关计算方法计算；
胶带的成形阻力比较小，计算中可以忽略。

而上海精裕则没有提供详细的计算公式，只不过在澄清过程中提到，他们是按DT75来计算的，但部分参数的选取有些调整。

6.蒲圻电厂管带机布置简介
6.1布置参数
蒲圻电厂除灰用管状胶带机的用途是将灰库下的调湿灰从厂区内送至灰场，管带机展开长度为988m，除365m在厂区内外，其余623m布置在野外，沿线共跨过一条马路、一座桥、四个山头、穿过村庄和村沟，最后伸进灰场。

其中水平弧段1个，垂直弧段5个，在设计时避开了立体弯。

凹弧段和平面处转弯半径为200m,凸弧段转弯半径为175m，管状段直线段托辊间距为1600mm,曲线段托辊间距为1100mm,过渡段长度为10.50 m,最大水平转弯角为27.02°，最大倾角为6.37°。

整条胶带机采用桁架结构，管带机窗式框架宽620mm,运行通道静宽为1m,检修通道净空为0.7m，桁架合计宽2320mm。

桁架间距一般为12m，最大跨距为21.5m，在管带机沿途设了7个防震支架和3个中间出口，在管带机头尾部还设置有维护检修用的出入口。

桁架挠度按L/800计算。

在蒲圻电厂输灰用管带机的整个投标和评标的过程中，由于管带机的特殊性和专利技术的限制，投标商都不愿提供计算过程，但计算结果却出现了许多不一致的地方。

现将2个投标商的计算书和我们就华电的布置走向用逐点张力法和DTⅡ的几种不同计算列在下面，以供参考。

华电的的管带机布置图见图4，计算书如下：
（0）－（1）段阻力L1=343m,H1=0
承载分支
=(qB+qru+qg)*f*L1+( qB+qg)*H1+L1*f*D/75=(18.4+7.3+33)*0.039*343+(18.4+33)*0+34 C
01
3*0.039*250/75=833kg
回程分支
=(qB+qr0)*f*L1+qg*H+71*f*D/75=(18.4+7.3)*0.039*343+33*0+343*0.039*250/75=388kg R
01
（1）－（2）段阻力L2=71m,H2=7.9m
=(qB+qru+qg)*f*L2+( qB+qg)*H2+L2*f*D/75=582kg
承载分支C
12
=(qB+qr0)*f*L2+qg*H2+L2*f*D/75=-63kg
回程分支R
12
（2）－（3）段阻力L3=225m,H3=16.3m
承载分支C
=(qB+qru+qg)*f*L3+( qB+qg)*H3+L3*f*D/75=1390kg
23
=(qB+qr0)*f*L3+qg*H3+L3*f*D/75=-45kg
回程分支R
23
（3）－（4）段阻力L4=100m,H4=-8.1m
=(qB+qru+qg)*f*L4+( qB+qg)*H4+L4*f*D/75=-176kg
承载分支C
34
回程分支R
=(qB+qr0)*f*L3+qg*H3+L4*f*D/75=262kg
34
（4）－（5）段阻力L5=249m,H5=22m
承载分支C
=(qB+qru+qg)*f*L5+( qB+qg)*H5+L5*f*D/75=1743kg
45
=(qB+qr0)*f*L5+qg*H5+L5*f*D/75=-123kg
回程分支R
45
转弯阻力：
=T*(π /180)*θ*f=4668*3.14/180*6.4*0.039=20.3kg
C
（1）
=5250*3.14/180*27*0.039=96.4 kg
C
（2）
=6640*3.14/180*9*0.039=40.7kg
C
（3）
=6464*3.14/180*11*0.039=48.4kg
C
（4）
R
=3220*3.14/180*6.4*0.039=14kg
（1）
R
=3283*3.14/180*27*0.039=60.3kg
（2）
=3328*3.14/180*9*0.039=20.4kg
R
（3）
=3066*3.14/180*11*0.039=22.9kg
R
（4）
传动滚筒轴所需功率P A：ΣP A=100.37Kw,Fu=ΣP A*102/v=100.37*102/2=5119kg 驱动电机轴所需功率P M：P M＝P A/η＝100.37/0.838＝119.8Kw,
功率系数K :1.2
电动机功率P=K* P M =1.2*119.8=143.8 Kw,选160kW的电机。

确定胶带：选ST800的胶带，安全系数n=800*100/(8528)=9.3
上海精裕提供的计算书如下：（他们没有提供详细的布置资料）
1.第一个转弯段（从头部向尾部方向数）的上下分支胶带运行阻力：Fu1=365kg;
2.第二个转弯段的上下分支胶带运行阻力：Fu2=389kg;
3.第三个转弯段的上下分支胶带运行阻力：Fu3=249kg;
4.第四个转弯段的上下分支胶带运行阻力：Fu4=786kg;
5.第五个转弯段的上下分支胶带运行阻力：Fu5=301kg;
6.第六个转弯段的上下分支胶带运行阻力：Fu6=297kg;
7.各直线段（包括清扫器、导料槽、改向滚筒等）胶带运行阻力：Fu7=5154kg;
8.传动滚筒处的圆周力:Fu=ΣFui=7550kg
9.传动滚筒处胶带的松边张力S
1min ,紧边张力S
2min
：
S
1min
=K*Fu/(e u*α-1)=1.5*7550/(2.5-1)=7550kg
S
2min
=S1min+Fu=15100kg
10.胶带安全系数n:
n=N*B/(g*S
1min
)=1250*1000/(15100*9.8)=8.45
N:胶带的拉伸强度
11.驱动滚筒轴所需功率P A及驱动电机轴所需功率P M：
驱动滚筒轴所需功率P A =Fu*v/102=7550*2/102=148.04kW,
驱动电机轴所需功率P M＝P A/η＝148.04/0.86＝172.2kW,
功率系数K :1.2
电动机功率P=K* P M =1.15*172.2=197.8 Kw,选200kW的电机。

12.尾部改向滚筒胶带松边张力F3＝9279kg，紧边张力F4=9381kg.
我们自己参考华电提供的胶带刚性阻力和弯曲阻力的计算方法（其布置见图5），用逐点
在设计过程中，从华电负责管带机设计的同志处得知，管带机的电机功率可以参考DTⅡ来计算，在此基础上乘以 1.2，计算出来的功率基本和他们的计算结果差不多。

现将此方法
以上是各方提供的计算，在本工程中所选电机功率P=200kW.
7.结语
以上是蒲圻电厂管带机设计评标过程的一些成果的总结，管带机功率的选择是决定管带机电机及相关部件选型的基础。

由于国内目前还没有关于管带机的计算方法，国内的代理商对外商提供的计算由于含有知识产权在里面，没有提供给设计院。

建议国内对管带机的计算再做一些实验和研究，也可根据投入运行后管带机实际工况提出修正意见，国外提供的计算也并不是对管带机运行中的所有因素都考虑到了，这些因素对管带机的运行的影响有多大，我们应能提出自己的计算方法。

管带机在安装、调试中应注意的一些项目及设计对运行的影响待管带机安装运行之后再作介绍。