摘要：皮帶機(jī)系統(tǒng)是多種散狀物料裝卸作業(yè)（包括采礦、煤炭和礦石加工、骨料和水泥制造）的生命線！人們將現(xiàn)代皮帶機(jī)系統(tǒng)用于比以前速度更快、體量更大貨物的裝卸任務(wù)，然而與用戶對于在盡量減少掉落物料的前提下更安全可靠地輸送散料的需求相比，皮帶機(jī)的設(shè)計(jì)中的規(guī)范慣例已經(jīng)過時。那么在皮帶機(jī)設(shè)計(jì)中會遇到哪些常見的問題，我們又如何前瞻性的規(guī)避呢 -- 馬丁工程為您講述皮帶機(jī)規(guī)范和設(shè)計(jì)中的常見錯誤以及問題解決的建議。

關(guān)鍵詞：皮帶機(jī)系統(tǒng)，皮帶機(jī)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)解決方案，清掃器

皮帶輸送機(jī)無論是由于超載、過度使用或疏忽（或者三者結(jié)合）而導(dǎo)致的濫用，似乎就好像設(shè)計(jì)師和制造商們提供的皮帶機(jī)系統(tǒng)非常強(qiáng)大，足以在任何惡劣條件下持續(xù)運(yùn)行。因此，人們認(rèn)為皮帶機(jī)是一種可以按公斤購買的商品，而不是一種由數(shù)百種不同部件協(xié)同工作的精心設(shè)計(jì)系統(tǒng)。許多企業(yè)主只把皮帶機(jī)視為一種按照規(guī)定速度將散狀固體從A點(diǎn)輸送至B點(diǎn)的簡單設(shè)備，而實(shí)際上，皮帶機(jī)是幾乎與所有主要工藝之間都存在相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)。在制訂設(shè)計(jì)規(guī)范階段走捷徑，可能會對安全性、生產(chǎn)力和環(huán)境產(chǎn)生驚人且深遠(yuǎn)的影響。許多決定都會對皮帶機(jī)系統(tǒng)的初始性能和未來性能產(chǎn)生影響。主流趨勢是皮帶機(jī)設(shè)計(jì)包括具有更低的風(fēng)險、更強(qiáng)的可持續(xù)性、更低的生命周期成本的系統(tǒng)。不幸的是，以最低價格而不是生命周期成本采購已經(jīng)成為常態(tài)。人們往往會將必要設(shè)計(jì)元素所需資金從資本消耗中轉(zhuǎn)移到運(yùn)行預(yù)算中（這是因?yàn)闊o法保持低標(biāo)設(shè)計(jì)的性價比，因而需要對其進(jìn)行修改以適應(yīng)變化的需求和條件，或者因?yàn)榻鉀Q原始設(shè)備缺陷所需的資金從未到位），但這種做法具有嚴(yán)重缺陷。

上述現(xiàn)象導(dǎo)致了大量高成本的問題如：低效率運(yùn)行、事故、污染，以及可能縈繞皮帶機(jī)生命周期的訴訟。為了避免設(shè)施所有者和工廠管理者掉入“根據(jù)采購價決定購買與否”的陷阱中，專家們編制了一張匯總了十個最有可能導(dǎo)致皮帶機(jī)安全性、潔凈度和生產(chǎn)力隨著時間下降的常見設(shè)計(jì)的選擇清單。

一、不清楚要輸送的散狀物料是什么

數(shù)十年來，只用體積密度和靜止角來描述散狀固體已經(jīng)成為慣例。皮帶機(jī)設(shè)備制造商協(xié)會（CEMA）收到過無數(shù)關(guān)于只能在一張表格里查閱的散狀物料性質(zhì)的請求，就好像教科書中包含每種物料變化一樣。但這種方法可能導(dǎo)致明顯問題。

一個簡單的危險例子可以通過考慮一個非?；镜囊髞戆l(fā)現(xiàn)：噸位。皮帶機(jī)的主要用途是按照x t/h的速度將物料從一個地點(diǎn)輸送到另一個地點(diǎn)。若這一目標(biāo)無法得到有效實(shí)現(xiàn)，則所有其他要求都是次要的。但“CEMA標(biāo)準(zhǔn)550：散狀固體性質(zhì)”中含有八種不同的煤炭體積密度列表，密度范圍為600~980 kg/m3。這代表著一個很大的潛在平均體積密度變化量：-790± 190 kg/m3。因此，設(shè)計(jì)一個可以滿足平均值要求的系統(tǒng)意味著吞吐量應(yīng)高于/低于設(shè)計(jì)量± 25%。此外，這八種煤炭列表的靜止角范圍為27-45°，相較于平均值的可能變化值為± 9°。根據(jù)平均值設(shè)計(jì)料斗或溜槽坡度可能意味著散狀物料根本不會流動，或散狀物料自由流動，無法通過溜槽幾何結(jié)構(gòu)加以充分控制。

用于確定特定散狀固體性質(zhì)的一組典型試驗(yàn)成本約為30000美元，然而系統(tǒng)停機(jī)的估計(jì)成本約為1000美元/分鐘。在一個皮帶機(jī)系統(tǒng)的整個生命周期內(nèi)，若通過測試能夠避免一次溜槽堵塞事故，則這個測試就是有價值的。

對于降低未來運(yùn)行成本至關(guān)重要的許多其他情況，也可以開展討論。例如，在投標(biāo)申請書中往往不會如實(shí)敘述粒度和細(xì)粒物料百分比，這可能導(dǎo)致在合同履行過程中出現(xiàn)持續(xù)爭議。

建議：在完整預(yù)期水分和固結(jié)壓力條件下輸送實(shí)際散狀固體樣本，并利用相關(guān)信息來設(shè)計(jì)皮帶機(jī)系統(tǒng)。

二、在過渡段裝料

一種符合價格目標(biāo)的常用“技巧”是通過在皮帶機(jī)從水平段到凹槽段之間的過渡段上裝載物料的方式來縮短皮帶機(jī)總長度。另一種通過縮短皮帶機(jī)總長度來滿足價格目標(biāo)的方法是一種稱為半槽過渡的設(shè)計(jì)技術(shù)。綜合采用在過渡段和半槽過渡段裝料的做法，可能導(dǎo)致皮帶磨損、溜槽磨損和溢出量增加。

皮帶機(jī)裝料區(qū)和卸料區(qū)距離縮短一米或一米以上（皮帶長度縮短兩米）可使每臺皮帶機(jī)的成本降低15000-20000美元。此外，縮小容納皮帶機(jī)建筑尺寸也可節(jié)約成本。但這些成本節(jié)約措施都是有代價的。許多在過渡段和/或半槽過渡段裝料的設(shè)計(jì)均會立即導(dǎo)致運(yùn)行問題。主要問題是掉落物料，即：溢出和粉塵問題。在從平尾滾筒到第一個滿槽托輥之間的過渡段上，皮帶是一個根據(jù)皮帶張力變化（由于裝載量變化造成）的難以建模的復(fù)雜3D表面?；旧蠠o法對該表面進(jìn)行準(zhǔn)確建模。因此，需要現(xiàn)場按照皮帶線對溜槽進(jìn)行調(diào)節(jié)，這會導(dǎo)致成本增加。現(xiàn)場制造成本是工廠制造成本的10倍。

在設(shè)計(jì)中利用過渡段和/或半槽過渡段裝料會導(dǎo)致溜槽一開始在過渡段內(nèi)與皮帶平行，但完全進(jìn)入凹槽段后，必須形成一條凸曲線才能保證溜槽緊跟皮帶。該屈曲會形成細(xì)粒物料的夾帶點(diǎn)，導(dǎo)致襯板和裙邊密封快速磨損，最終在皮帶上形成凹槽。在裝載最劇烈區(qū)域內(nèi)托輥上方的板和裙邊上形成的“半月形”磨損區(qū)域會導(dǎo)致大量掉落物料逸散，而這些逸散物料往往必須用手清理干凈。清理費(fèi)用、更加頻繁的密封和襯板維護(hù)，以及皮帶使用壽命縮短會導(dǎo)致設(shè)計(jì)中節(jié)約下來的15000~20000美元很快花光。在規(guī)格和設(shè)計(jì)階段中的該決定還會導(dǎo)致許多其他設(shè)計(jì)和維護(hù)問題。

建議：采用為皮帶和帶寬推薦的全槽過渡距離。在經(jīng)過第一個全槽托輥之后再開始裝料。

三、采用最小滾筒直徑

皮帶機(jī)主滾筒的直徑通常是按照皮帶制造商根據(jù)皮帶張力為皮帶和接頭壽命推薦最小直徑而選定的。通常而言，人們不承認(rèn)這些滾筒直徑可能太小，以至于其他部件無法正常發(fā)揮作用。使用較小的驅(qū)動滾筒時，往往需要通過使用張緊輪來增大包角，從而確保產(chǎn)生用于驅(qū)動皮帶機(jī)的足夠摩擦力。為了增大包角，張緊輪必須靠近驅(qū)動滾筒，這會限制頭輪處的可用皮帶清潔空間，往往會導(dǎo)致張緊輪處出現(xiàn)嚴(yán)重堆積現(xiàn)象，致使張緊輪成為第一個與皮帶臟污側(cè)接觸的滾動部件。當(dāng)使用尺寸較小的主滾筒時，在皮帶上下層之間用于安裝附件的空間不足，對皮帶的保護(hù)性能和防打滑性能產(chǎn)生影響。

建議：最佳做法是選擇直徑不小于600 mm（24英寸）的滾筒，或選擇比皮帶制造商推薦最小滾筒直徑大一號的滾筒直徑。

四、缺少靠近通道

皮帶機(jī)設(shè)計(jì)中缺少合適靠近通道的例子很多。皮帶機(jī)通常置于一側(cè)非?？拷鼔w的外殼或隧道中，因而沒有留出供維護(hù)人員沿著皮帶機(jī)改變行動方向的空間。觀察門的位置可能比較奇怪，工作人員獲得的視野很小，以至于無法通過觀察門開展檢查或維護(hù)工作。皮帶機(jī)與地板之間的距離也可能非常近，沒有留出用于清潔皮帶機(jī)底部的空間。此外，頭部滾筒周圍平臺和驅(qū)動部件的位置往往不合理，導(dǎo)致工作人員無法靠近部件開展合適的檢查或維護(hù)工作。

建議：遵循《散狀物料皮帶輸送機(jī)》中輸送機(jī)設(shè)備制造商協(xié)會關(guān)于通道的建議，安裝便于檢查和維修，位于戰(zhàn)略位置的觀察門。

五、用管道和導(dǎo)管覆蓋關(guān)鍵部件

皮帶機(jī)支撐結(jié)構(gòu)為工廠的氣源和水源的排布提供了便利性。但工廠往往會疏忽這些排布在皮帶機(jī)結(jié)構(gòu)中的位置。公認(rèn)事實(shí)是，這些排布中的管道和導(dǎo)管往往會對皮帶限位開關(guān)、皮帶清掃器、皮帶機(jī)卸料刮刀和回程托輥等關(guān)鍵部件的安裝和檢查造成阻礙。

導(dǎo)管和管道幾乎不需要維護(hù)或移位，而導(dǎo)管和管道周圍的部件往往需要經(jīng)常檢查和維護(hù)。雪上加霜的是，這些管道通常位于皮帶機(jī)帶有走道的一側(cè)，而安裝該走道是為了為工作人員提供靠近皮帶機(jī)的通道。

建議：規(guī)定導(dǎo)管和管道不得堵塞或阻礙沿皮帶機(jī)分布關(guān)鍵部件的通道。頭部滾筒和尾部滾筒處的所有導(dǎo)管和管道都應(yīng)配備柔性導(dǎo)管下降裝置，以便與部件相連。

六、邊緣密封距離不足

皮帶機(jī)落料區(qū)內(nèi)襯板外側(cè)的自由皮帶邊緣被稱為邊緣密封距離。皮帶機(jī)設(shè)備制造商協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)是，襯板內(nèi)部尺寸之間的距離等于水平帶寬的2/3（不考慮加固角）。歐洲標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)是自由皮帶邊緣公式。標(biāo)準(zhǔn)皮帶邊緣用于計(jì)算皮帶輸送量，從而防止物料從承載托輥之間的皮帶邊緣掉落。上述現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中，沒有任何一個的邊緣距離足以容納為滿足當(dāng)今粉塵和溢出控制要求所需的皮帶防跑偏和密封系統(tǒng)。應(yīng)根據(jù)正確密封皮帶所需的距離來確定自由邊緣距離。皮帶防跑偏系統(tǒng)所需余量更多地是根據(jù)結(jié)構(gòu)和滾筒面寬度確定的，不會隨著帶寬變化產(chǎn)生明顯變化。

建議：無論帶寬是多少，用于密封皮帶和允許皮帶跑偏的自由皮帶邊緣都不得小于115 mm。

七、溜槽設(shè)計(jì)不良

近年來由于離散單元法（DEM）建模程序的使用，溜槽設(shè)計(jì)已經(jīng)得到改進(jìn)，但仍有很多溜槽是用草圖畫出來的，而不是設(shè)計(jì)出來的。然而，在未正確確定散狀固體性質(zhì)的情況下，使用離散單元法的結(jié)果可能會比使用老“經(jīng)驗(yàn)法則”設(shè)計(jì)方法獲得的結(jié)果更糟。即便是提供了關(guān)于散狀物料的明確規(guī)定，設(shè)計(jì)溜槽和滾筒結(jié)構(gòu)支架的方法主要是為了便于制造和安裝，而不是按照預(yù)期用途進(jìn)行設(shè)計(jì)（這需要合適的通道）。通常而言，帶有一條垂直支腿的A框架型頭部滾筒支架可保證比桌面框架設(shè)計(jì)更好的通道。

建議：測試散狀固體，并利用離散單元法，采用能夠代表最壞情況流量的散狀物料性質(zhì)來設(shè)計(jì)溜槽。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時應(yīng)確保不堵塞關(guān)鍵部件的通道，同時為維護(hù)和未來升級留出足夠通道。

現(xiàn)代落料區(qū)設(shè)計(jì)中包含既關(guān)注安全性又關(guān)注生產(chǎn)力的元素

八、皮帶清潔不充分

人們只能得出這樣的結(jié)論：隨著時間的推移對粉塵和溢料的要求會變得越來越嚴(yán)格，將需要更多更先進(jìn)的皮帶清掃器。通常皮帶清掃器的數(shù)量都不足，或皮帶清掃器的荷載率過低。此外，設(shè)計(jì)中提供的空間可能不足以開展皮帶清掃器的適當(dāng)安裝和維護(hù)工作。在面臨價格目標(biāo)壓力的情況下，供應(yīng)商會選擇提供他們自己清楚無法滿足客戶預(yù)期的設(shè)備。但游戲規(guī)則是使規(guī)格變得足夠模糊（使用“或同等”之類的術(shù)語），以至于供應(yīng)商在壓力下做出以下選擇：“滿足價格目標(biāo)或提供簡單設(shè)計(jì)，并讓消費(fèi)者解決問題。”

建議：將皮帶清潔性能規(guī)格納入皮帶機(jī)要求中。若頭部溜槽設(shè)計(jì)的空間無法安裝3臺清掃器，那么要把頭部溜槽設(shè)計(jì)為接近垂直的壁板，來捕獲回程帶料。

九、帶寬而非速度

通常，皮帶機(jī)的設(shè)計(jì)運(yùn)輸速度可高達(dá)7.5~11.5 m/s。有些行業(yè)確定了最高輸送速度，以便限制散狀固體物料的破碎率和/或控制粉塵。雖然這些做法有其實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的根源，但它們往往難以達(dá)到價格目標(biāo)。粉塵和溢料與皮帶速度和噸位直接相關(guān)，而磨損是一個關(guān)于散狀物料流平方的函數(shù)。因此，應(yīng)仔細(xì)權(quán)衡帶寬和速度。

建議：遵循輸送機(jī)設(shè)備制造商協(xié)會《散狀物料皮帶輸送機(jī)》（第7版）中推薦的最大輸送速度。

粉塵和溢料與皮帶速度和噸位直接相關(guān)

十、無法升級

提出系統(tǒng)升級主體時，正常假設(shè)是提高皮帶轉(zhuǎn)速。除了驅(qū)動部件和少數(shù)其他部件以外，唯一需要升級的就是每小時產(chǎn)量（噸）。通過改變轉(zhuǎn)速的方式來進(jìn)行升級往往會導(dǎo)致吞吐量下降而非上升，這是因?yàn)槲锪宪壽E或現(xiàn)有溜槽橫截面積變化會造成堵塞問題，導(dǎo)致流量受限。很多設(shè)計(jì)中甚至沒有留出適度升級或添加部件所需的空間。只需在設(shè)計(jì)階段付出最小的努力，就可在增加很少或不增加制造或安裝成本的情況下，確保系統(tǒng)性能改善升級的靈活性。

建議：使用標(biāo)準(zhǔn)部件來滿足價格目標(biāo)，但在設(shè)計(jì)中留出解決問題升級所需空間，從而滿足生產(chǎn)成本目標(biāo)。

該皮帶機(jī)距離隧道壁太近，以至于維護(hù)和升級非常困難

結(jié)論：

忽視上述問題，并根據(jù)價格決定采購與否，往往會導(dǎo)致運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用高于預(yù)算、安全性下降。在規(guī)格和設(shè)計(jì)階段解決上述問題中的任何一個，都可以很容易地根據(jù)生命周期成本避免來證明其合理性。一旦這些問題拖到制造、安裝和運(yùn)行階段，它們既有可能被糾正，也有可能無法糾正，但大部分情況下，此時解決這些問題所需成本會高于在項(xiàng)目更早時段發(fā)現(xiàn)并解決它們時所需成本。關(guān)于如何計(jì)劃節(jié)約和更多安裝建議請聯(lián)系馬丁工程專家。

關(guān)于馬丁工程技術(shù)（昆山）有限公司：

馬丁工程（www.martin-eng.cn）是散狀物料輸送行業(yè)的全球制造商和領(lǐng)先方案提供商。我們的使命是使散狀物料輸送更清潔、更安全、更高效。公司創(chuàng)立于1944年，總部位于美國伊利諾伊州的Neponset，同時在世界范圍內(nèi)建立了包括子公司、許可制造商和授權(quán)經(jīng)銷商等在內(nèi)的全球網(wǎng)絡(luò)，分布于墨西哥、巴西、中國、法國、德國、英國、南非、土耳其、印度尼西亞和印度全球超過50多個國家及地區(qū)。全球共有900多名雇員，能為世界上任何地區(qū)提供全球性服務(wù)。馬丁工程技術(shù)（昆山）有限公司是馬丁工程集團(tuán)在中國建立的全資子公司，致力于皮帶清掃器、空氣炮、振動電機(jī)、定制化轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)工程、聲波吹灰器等全面解決方案，并提供專業(yè)的現(xiàn)場服務(wù)。

自1944年，以革命性的球型振動器的發(fā)明制造起家，一直到今天，馬丁工程對培養(yǎng)創(chuàng)新精神和企業(yè)文化的承諾是整個組織的定義價值和優(yōu)先事項(xiàng)。2008年，美國總部投資興建了全球散料輸送行業(yè)內(nèi)大規(guī)模的創(chuàng)新中心（CFI），涵蓋了散料實(shí)驗(yàn)室、金屬實(shí)驗(yàn)室、聚合物實(shí)驗(yàn)室、環(huán)境實(shí)驗(yàn)室以及模擬實(shí)驗(yàn)室。在創(chuàng)新中心，我們不斷努力尋求新的解決方案來攻克散料輸送行業(yè)的挑戰(zhàn)?；谧鹬刂R、持續(xù)研發(fā)的價值傳統(tǒng)，馬丁工程技術(shù)在全球范圍內(nèi)擁有諸多品牌及知識產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)，并努力踐行商標(biāo)和專利權(quán)使用的合規(guī)性，積極為知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)貢獻(xiàn)自己的力量。

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