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垂直提升波纹挡边带式输送机的研究及应用
发布时间：2013-05-26 08:06 来源：未知
1、前言
波纹挡边带式输送机在国外被广泛地应用于煤炭、钢铁、化工、冶金、电力、粮食及港口等行业中。美国、德国和日本等发达国家在市政工程的隧道掘进中已采用了波纹挡边带式输送机（以下简称该输送机）。如美国纽约的城市地下水道工程、芝加哥著名的TARP工程的竖井采用了该输送机运输渣料；德国也有类似情况。日本承包商施工的新加坡一隧道工程，也采用该输送机将开挖的废渣从车站底部输送至地面时，因渣料粘性使操作遇到了困难。国内隧道掘进中还没有使用该输送机。
该输送机具有占地面积小，输送角度大，节省设备投资和土建费用，特别适用于施工现场受空间和环保等条件限制的场合。但由于地质条件的多样性和泥土物料的特殊性等因素，它在我国隧道工程使用中，确实需要解决不同物理特性的泥土（砂性土、牯性土）卸料和清扫等难题。
2、关键技术的研究
(1)确定方案
垂直提升输送技术可以通过多种途径达到目的，例如用管状带式输送机、刮板链式输送机、箕斗和该输送机等。它们几乎都可输送散状物料，但用来输送长条状牯性的泥团物料时，除了必须解决卸料和清扫问题外，还得满足隧道工程现场狭小的施工环境和运输工艺要求。
根据对上海地铁工地泥土土质的调研和对上述几种输送机械设备的综合分析，认为管状带式输送机的输送带由平形转变为圆管状以及由水平转变为垂直需要较长的过渡段，无法满足隧道狭小的空间要求；刮板链式输送机在垂直段会掉料，若使其成为全封闭运输，则所需电机功率将成倍增加；而箕斗运输需要一个料仓来实现装载，这在隧道内实在是勉为其难。经研究结果，确定采用垂直提升输送技术。该输送机倾角能从0°～90°之间任意布置，具有在极短的距离内将物料从水平转换到90°提升的能力。
(2)输送机布置形式
该输送机可实现在垂直面内的变角度布置，如图1所示。
为了取得较好的加料及卸料效果，该输送机采用Z型布置形式，在尾部水平段加料，在头部水平段进行卸料。采用改向轮及改向辊组等过渡装置，实现输送机水平、垂直、再水平的转换�；蚕滤郊恿隙魏突飞纤叫读隙慰筛菔导是榭龅鹘谄涑ざ龋愿纳破浼恿虾托读咸跫�。
(3)输送带的结构、形状及连接技术
该机输送带由基带、波纹挡边及横隔板组成，详见图2所示。
1)基带�；耐庑斡肫胀ㄊ渌痛嗤男静阕魑估宀牧�，主要承受拉力，具有大倾角输送的特殊要求，并且要求具有无可比拟的横向刚性，能抗侧向柔软性（见图3）。为预防输送带塌带，确保运行稳定性，在芯体的上下面加上特殊加强层，增加横向刚性；在带芯的上、下面硫化上覆盖胶，提高使用寿命。
2)波纹挡边。为了使输送带能顺利的绕过滚筒和凸、凹弧区段，以满足输送线路的要求，确定挡边做成波状，波纹挡边粘结在基带的两边。同时，为使挡边上部不产生过大的附加应力，挡边的波形采用对称性较好的S形。
3)横隔板。在波纹挡边之间的基带上，按一定的间距连接上横隔板，组成由基带、波纹挡边及横隔板所围成的装料框架。横隔板根据被输送物料的提升角度不同，可采用不同的型式，如图4所示。
T型横隔板一般适用于输送机倾角≤40°的场合但不适合垂直提升；C型、TC型适用于输送机倾角> 40p的场合。其中C型横隔板卸载比较困难。为此，决定采用TC型横隔板，经过金属骨架的加强，具有较高强度和刚性。它与基带及波纹挡边之间采用可拆式结构，用高强度螺栓联接。横隔板间距与输送量、输送机倾角及物料块度等诸多因素有关。要提高输送能力，避免出现撒料现象，需要较小的隔板间距；但要取得较好的加料和卸料效果，则要求有较大的隔板间距。
(4)粘土物料的卸料与清扫技术
在输送粘土物料时，仅仅依靠其重力的作用是不能将其有效地卸下，而留在输送带上的残余物料被带回回程分支，造成改向滚筒、回程托辊上积垢，导致输送带打滑、跑偏、磨损，使运行阻力增大，滚筒、托辊过早损坏，影响输送机正常运行，放必须用清扫装置将其清除。
由于波纹挡边带具有横隔板，或振动式两种清扫器，可以采用喷水式。采用喷水式清扫器时，除了需要充足的水源和高压泵外，还需要有排污系统或污水处理系统，以满足城市施工环保要求。香港九广铁路西铁建设就是使用喷水式清扫器和污水处理系统，但其价格甚至超过盾构和输送机整机的价格，达到几千万美元。为此，决定采用振动式清扫器。即在机头上水平卸料段安装了由无级诃速主动式拍打器和被动式拍打器组合而成的联合清扫装置。主动拍打装置，如图5所示，由电机、拍打器和速度控制器组成。拍打器由两个沿圆周均布的托辊组成。工作时，电机驱动拍打器旋转，打击输送带的非工作面，接触输送带的托辊表面包裹橡胶，托辊能转动，以免与输送带滑动接触而损坏带子。电机的转速可通过速度控制器实现无级调速，旋转方向与卸载滚筒一致，拍打器的打击速度和幅度都可调节，以取得最佳卸料效果，并可在发生共振时进行调整。
被动拍打装置由多个沿圆周均布的托辊组成，如图6所示。其托辊本身不能转动，需要通过与输送带之间的摩擦而转动，间断地冲击输送带引起振动。
两者的工作原理都是拍打挡边输送带的非工作面，将粘附在挡边、隔板及基带上的物料振落下来，达到清扫的目的。
(5)波纹挡边输送带的防粘技术
通过改进生产工艺和表面处理，采用复合高分子材料和表面塑化工艺，增加带子表面的光洁度，提高波纹挡边带的抗粘能力和卸料效果。
3、试验台验证
试验台由该输送机、头部卸料集料机和三条基本上互相垂直的转载输送机组成，形成泥土物料的循环输送系统。整个试验台结构布置如图7所示。
通过对地铁施工现场不同特性泥土（砂性土和粘性土）的多次试验表明，采用该输送机垂直提升泥土物料是切实可行的。
(1)波纹挡边带的特殊结构很好地解决了普通波纹挡边带运输高密度物料时经常发生的塌带和横隔板弯曲问题，输送机运行平稳。
(2)TC型横隔板间距在300mm左右比较合适。若间距在200mm时，粘性块状泥土装料较困难；若间距在400mm时，泥土会超出横隔板掉下来。
(3)采用联合清扫装置后，解决了卸料和清扫难题。泥土经过卸载滚筒和主、被动拍打器的振动，在机头水平卸料段内落下，经头部卸料集料机回收，卸到转载输送机上，实现了物料的连续循环输送。
(4)增加机头上水平卸料段的长度，有利于改善卸料条件。带速越高，机头上水平段回料越严重。输送粘性较大的泥土时，在满足运输量的前提下，尽可能使用较低的带速，有利于卸料。
4、应用
该输送机应用在上海某过江区间隧道(全长约2km)的盾构快速推进后配套垂直提升连续输送系统中，它由l#该输送机、4#同步延伸带式输送机(最长时为2 km)和2#、3#及5#三条转载带式输送机组成。其系统布置如图8所示。
整个5#输送机和4#输送机的机尾被安装在盾构后面的车架上，随着盾构的掘进而同步移动。盾构挖出的泥土依次经5# -2#输送机运输至1#输送机的机尾，经该输送机垂直提升后直接输送到地面集土坑。
(1)输送机主要技术参数
输送量：q=180t/h
带速：V=1～2.5m/s，变频调速
提升倾角：b=906
提升高度：H=21m
输送水平距离：，．-12m
驱动功率：P= 30kW
波纹挡边带型号：NN1200X(4+2)
基带宽：1m
波纹挡边高：240mm
(2)使用情况及应用前景
该系统于2002年10月下旬开始运行，该输送机提升泥土顺利，在机尾下水平凹弧段未有积泥，卸料时泥土直接从机头卸载滚筒处和上水平回程段落下，几乎没有泥土从垂直回程段掉下来。采用该输送机连续输送系统后，盾构掘进速度从原来的平均每天7 - 8m提高到17—18m，速度提高一倍以上。到11月底，总共推进>500m，最快一天推进26m。
该输送机系统在市政隧道工程中的成功应用，改变了地铁建设隧道掘进后配套运输方式，克服了传统电机车间断运输的缺陷，解决了由于后配套运输能力不足而严重制约施工进度的难题，充分发挥了盾构的掘进能力，具有很大的市场潜力。
