1、波狀擋邊
帶式輸送機發(fā)展概況
普通帶式輸送機由于受到物料與輸送帶摩擦系數(shù)的限制，其輸送物料的傾角不能過大，一般最大傾角只能達(dá)到18~20°。提高輸送機傾角的方法有采用深槽的托輥組、圓管輸送機、壓帶式帶式輸送機和花紋輸送帶式輸送機。波狀擋邊帶式輸送機(見圖1)是實現(xiàn)大傾角輸送物料的重要形式。
20世紀(jì)60年代德國的Svedala Flexowell公司就開始研制這種帶式輸送機，其注冊名稱為FLEXWELL。同時該公司與漢諾威大學(xué)合作，建立了波狀擋邊帶式輸送機的試驗臺，使之得到不斷地完善和發(fā)展。20世紀(jì)80年代末開始向大型化方向發(fā)展，其產(chǎn)品已有55 000余臺，分布于90多個國家和地區(qū)，應(yīng)用于煤炭、冶金、建材、化工、水電、礦山和港口等部門。它的技術(shù)專利己被英國Dowty公司、日本Bando等購買并獲準(zhǔn)生產(chǎn)，現(xiàn)己形成遍布全球的擋邊輸送機系列產(chǎn)品制造銷售網(wǎng)。
當(dāng)“FLEXWELL”的波狀擋邊帶式輸送機輸送能力在2 000 t/h以下和帶速在5 m/s以下時，提升高度可達(dá)500 m。當(dāng)提升高度為50 m時，輸送能力可達(dá)10 000 t/h。當(dāng)提升高度200 m.帶寬2 400 mm、帶速3.75 m/s.擋邊高630 mm時，輸送能力為6 000 t／h，輸送物料塊度可達(dá)400 mm，可用于露天礦大傾角運輸，也可以用于井深500 m的豎井提升。
1969年此技術(shù)被引進美國和加拿大，但當(dāng)時在北美洲由于土地不那么昂貴，因此并沒有引起重視而沒有得到推廣。直到1989年世界最大的輸送帶生產(chǎn)廠——美國膠帶服務(wù)公司創(chuàng)建了擋邊輸送帶部，才使波狀擋邊帶式輸送機在北美洲得到發(fā)展。
美國的Lake Shore Ming公司、英國的DowtyMeco. Namec.法國的Bandabor等公司均生產(chǎn)這種大傾角帶式輸送機。
波狀擋邊帶式輸送機技術(shù)在連續(xù)卸船機上的應(yīng)用迅速發(fā)展，芬蘭Kone公司、德國Koch公司、瑞士Buhler公司生產(chǎn)的連續(xù)卸船機均成功應(yīng)用了其提升與輸送技術(shù)，特別是日本的日立公司、石川島公司及三菱公司等生產(chǎn)的散糧連續(xù)卸船機，其垂直提升機和水平輸送采用同一條輸送帶完成，更加展現(xiàn)了波狀擋邊輸送機技術(shù)的巨大優(yōu)勢。
我國從20世紀(jì)80年代中期開始從國外引進了一些擋邊輸送機，如湛江港為了適應(yīng)港口散裝化肥進口業(yè)務(wù)繁忙的需要，從德國Thyseen公司引進了9套散裝化肥灌包設(shè)備，其中有9臺傾角為350的移動式擋邊輸送機。這些引進設(shè)備大部分運行情況良好，在一定程度上為完善擋邊輸送機的技術(shù)和研制開發(fā)大型擋邊輸送機提供了有益的借鑒。
同時，我國從20世紀(jì)80年代初開始研制波狀擋邊帶式輸送機，1990年北京起重運輸機械研究所開發(fā)出DJ型波狀擋邊帶式輸送機系列圖紙，并開始推廣使用。經(jīng)過10余a的生產(chǎn)和使用實踐，波狀擋邊帶式輸送機技術(shù)不斷地完善和改進。1998年，北京起重運輸機械研究所、青島運輸設(shè)備廠等作為主要起草單位，制定了《波狀擋邊帶式輸送機》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JB/T8908-1999)，推廣了我國波狀擋邊帶式輸送機的發(fā)展。目前已經(jīng)有50多個主機廠生產(chǎn)了5 000多臺波狀擋邊輸送機。據(jù)調(diào)查，國內(nèi)每年波狀擋邊帶式輸送機的需求量為1 500~2 000臺。
我國自貢運輸機械總廠于1999年12月為四川省投資公司電冶有限公司生產(chǎn)了1臺提升高度104.5 m.帶寬800 mm、輸送量140 t/h的波狀擋邊帶式輸送機，該機的提升高度是亞洲之最。目前國內(nèi)波狀擋邊帶式輸送機系列參數(shù)為：帶寬1600 mm、擋邊高400 mm.帶速25 m/s.傾角900、輸送量300 t/h。
相比之下，國內(nèi)目前能夠生產(chǎn)的波狀擋邊輸送機，運輸能力、提升高度、運行帶速都較低，缺乏必要的理論和實驗研究，同時擴大應(yīng)用范圍也是輸送機械行業(yè)需要重點研究的課題。對輸送帶本身應(yīng)進一步研究基帶的剛度、擋邊及隔板的結(jié)構(gòu)形式以及二者與基帶粘結(jié)的新工藝，這樣才能更好地滿足國內(nèi)各行業(yè)對波狀擋邊帶式輸送機的需求。
2、波狀擋邊帶式輸送機的應(yīng)用
(1)在豎井中的應(yīng)用
自1979年以來，擋邊輸送機逐步在地下采礦工程和地下建筑工程的豎井中投入使用，與傳統(tǒng)的箕斗、罐籠等礦井提升機械相比，具有成本低、豎井開拓費用低、效率高等優(yōu)點。在美國芝加哥一期衛(wèi)生工程的隧道工程豎井中，擋邊輸送機以2.3 m/s的速度將物料從井底提升到地面，其輸送量為998t/h，提升高度為80 m。1989年美國芝加哥市二期衛(wèi)生工程的隧道工程豎井中采用的擋邊輸送機，其輸送量高達(dá)1 200 t/h，是世界上豎井中使用的輸送量最大的擋邊輸送機。1992年6月，1臺世界上提升高度最大的擋邊輸送機在巴布亞新幾內(nèi)亞的地下金礦的豎井中投入了使用。其提升高度達(dá)203 m，輸送量為350 t/h，帶寬為1 600 mm，帶速為2 m/s，擋邊高為300 mm。投產(chǎn)后效果明顯，生產(chǎn)成本下降了15%。美國Lake Shore Ming公司和德國Svedala Flex-owell公司正在合作為2個礦山設(shè)計豎井用擋邊輸送機，一臺用于400 m深的豎井中，其輸送量為1 360t/h；另一臺用于243 m深的豎井中，輸送量為2 720t/h。據(jù)資料介紹，目前在豎井中使用的擋邊輸送機的最大輸送量和最大提升高度分別可達(dá)4000 t/h和500 m。
(2)在自卸船上的應(yīng)用
自1982年以來，擋邊輸送機開始用在自卸船上。作為自卸船自卸系統(tǒng)的提升設(shè)備，與鏈斗式提升機、傾斜帶式輸送機及壓帶式輸送機等提升設(shè)備相比，具有占用空間小、效率高等優(yōu)點。投資低及可多港口卸貨等特點，在世界許多國家的沿海和內(nèi)河航運中被廣泛采用，并且正在向高效、大噸位方向發(fā)展。加拿大船舶公司的“CSL革新者號”散貨船1986年被改裝成自卸船，其自卸系統(tǒng)的提升設(shè)備采用了垂直擋邊輸送機，卸料能力高達(dá)4 500 t/h，即每天的卸料量達(dá)10萬t。該擋邊輸送機帶寬為2 000 mm，擋邊高為500 mm,提升高度為31 m，帶速為3 m/s。
1991年，日本三菱造船廠為英國鋼鐵公司建造的2艘遠(yuǎn)洋自卸船投入使用，它是目前世界上最大的自卸船。這2艘自卸船均采用垂直擋邊輸送機作為其自卸系統(tǒng)的提升設(shè)備。該擋邊輸送機最大輸送量高達(dá)6 000 t/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了世界上其他傳統(tǒng)卸料系統(tǒng)的卸料率。它的帶寬為2 400 mm，擋邊高為630mm，帶速為3.75 m/s。
(3)在連續(xù)卸船機上的應(yīng)用
世界上第1臺擋邊帶式卸船機由瑞士Buhler公司研制并于1982年4月開始在西班牙塔拉格納港投入運轉(zhuǎn)，用于卸煤炭、散糧和磷酸鹽。其卸煤能力為850 t/h，卸糧能力為1 000 t/h，帶寬為1 250 mm，擋邊高為200 mm,帶速為3 m/s，提升高度為40 m。
1983年，由芬蘭Kone公司研制的第1臺擋邊帶式卸船機安裝在丹麥奧本羅的煤炭中轉(zhuǎn)碼頭并投入運轉(zhuǎn)，其卸煤能力1500 t/h，帶寬1400 mm,擋邊高400 mm,帶速3.3 m/s。德國PWH公司曾為荷蘭研制了1臺卸鐵礦石和煤的擋邊帶式卸船機，卸貨能力為3 000 t/h，是目前世界上卸貨能力最大的擋邊帶式卸船機。此外，德國Svedala Flexowell公司正在研制卸貨能力為4 000 t/h的擋邊帶式卸船機。
波形擋邊帶是卸船機的主要工作構(gòu)件，它具有良好的彎折性能和一定的軸向扭轉(zhuǎn)特性。而且同鏈斗式提升機和輸送帶斗提升機相比，波形擋邊帶的自重輕，工作速度可高達(dá)2~3.5 m/s，而鏈斗式提升機工作速度一般在1.4 m/s左右。
日立公司采用無覆蓋帶的波形擋邊帶，隔板為T形，結(jié)構(gòu)簡單，但是垂直臂在向后擺動過大（小于00提升）時，輸送帶的填充率將明顯降低，影響卸船機的作業(yè)效率。因此，與石川島公司、三菱公司帶有覆蓋帶的卸船機相比，其垂直臂向后擺動角度要小一些。但是，不帶覆蓋帶的卸船機結(jié)構(gòu)簡單，且不存在主帶與覆蓋帶之間的相對摩擦，降低了維護成本。另外，采用單輸送帶而不用覆蓋帶，重量較輕、輸送帶的驅(qū)動和張緊裝置形式簡單、布置方便。石川島公司、三菱公司的波形擋邊帶均有覆蓋帶。由于帶有覆蓋帶，所以物料的填充率較高，對于同樣生產(chǎn)率的卸船機，其波形擋邊帶的有效寬度尺寸要小一些。但是，波形擋邊帶和覆蓋帶的托輥布置形式、張緊裝置等比不帶覆蓋帶時要復(fù)雜得多。
圖2為日本3家公司的波形擋邊帶式輸送機的示意圖。現(xiàn)有波形擋邊帶式卸船機的1個最大特點，是垂直提升和水平輸送由同一條輸送帶完成。但是在垂直臂擺動和水平臂俯仰時，輸送帶要產(chǎn)生很大的伸縮量，因此輸送帶的張緊是1個復(fù)雜的問題。有無覆蓋帶，張緊方式也大不一樣，但大體可分為2種類型。三菱公司和石川島公司的卸船機除有波形擋邊帶外，還有覆蓋帶，張緊裝置比較復(fù)雜，但原理一致。以三菱公司為例，覆蓋帶在水平段的尾部（卸料點）采用液壓油缸拖動小滑車張緊，行程為2 100 mm。波形擋邊帶由于垂直段下端（取料頭部）為接料區(qū)段，水平段尾部為卸料區(qū)段，空間尺寸有限，所以都不宜有過長的伸縮量，因此在兩端都設(shè)有張緊裝置。其中頭部采用液壓缸張緊，行程為300mm;尾部采用螺栓張緊，行程為400 mm。由于卸料點處滾筒既是張緊滾筒，又是驅(qū)動滾筒，所以既要滿足張緊要求，同時又要保證波形擋邊帶和覆蓋帶之間沒有相對運動，這為驅(qū)動裝置的設(shè)計與布置增加了難度。
華能福州電廠煤碼頭引進了日本三菱公司制造的機械式連續(xù)卸船機，其垂直提升設(shè)備采用了帶寬為2 000 mm，擋邊高為400 mm,最大輸送量為1 500t/h的擋邊輸送機。
青島港務(wù)局前灣港礦石碼頭的機械式連續(xù)卸船機是由國內(nèi)自行研制的，其垂直提升設(shè)備采用了擋邊輸送機，但輸送帶是由美國提供的。該機帶寬為1 600mm.擋邊高為400 mm,最大輸送量為1 600 t/h。自1994年泊位建成投產(chǎn)后，到1997年底累計接卸礦石約180萬t。在維修時發(fā)現(xiàn)波狀擋邊帶基帶表面橡膠己基本磨光，局部帶芯裸露并損壞；帶邊磨損脫層；基帶拉伸殘余變形大，運行時跑偏嚴(yán)重，已到了必須更換新帶的程度。后由青島華夏膠帶公司成功地進行了國產(chǎn)化。
3、袋式帶式輸送機
20世紀(jì)90年代中期，德國Svedala公司利用波狀擋邊輸送帶和高效斗式提升機技術(shù)開發(fā)出袋式帶式輸送機，其商品名稱為Pocket Lift。這種輸送機可以內(nèi)袋或外袋的形式垂直提升物料，可用于地下采礦、采石廠、隧道挖掘、水泥廠、裝卸船，甚至可以用來垂直提升溫度高的、粘性的、大塊的和粉狀的物料。這種輸送機的輸送帶橫向剛度比波狀擋邊帶式輸送機的大，因此它能有效地避免掉帶，從而可大大地提高提升高度。圖3為袋式輸送帶結(jié)構(gòu)形式。這種輸送機可實現(xiàn)高輸送能力和大提升高度，如用ST5400型窄鋼芯帶垂直提升150 m，輸送量可超過3 000 t/h，甚至垂直提升300 m時輸送量仍能達(dá)到1 000 t/h。輸送量可高達(dá)6 000m3／h的系統(tǒng)正在設(shè)計。口袋間距為500 mm的口袋式帶式輸送機系列的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。
4、波狀擋邊帶式輸送機的發(fā)展趨勢
原理上，各種結(jié)構(gòu)的帶式輸送機都可以采用波狀擋邊輸送帶構(gòu)成新型的波狀擋邊帶式輸送機。因而，波狀擋邊帶式輸送機除向大運量、大帶寬、高提升高度的發(fā)展方向發(fā)展外，今后的發(fā)展應(yīng)該主要體現(xiàn)在下面幾個方面：
(1)支撐方式的改變輸送機的穩(wěn)定運行，輸送帶的支撐方式起著重要的作用，波狀擋邊輸送帶的單位長度質(zhì)量大于通用輸送帶，從而使其支撐與導(dǎo)向變得更加靈活。現(xiàn)在存在采用環(huán)狀吊掛、索道和軌道的波狀擋邊輸送機和口袋式帶式輸送機的構(gòu)想[1]。特別是索道波狀擋邊輸送機已經(jīng)在工程實際中應(yīng)用，理論上，單機長度可達(dá)25 km。
(2)靈活的布置方式 波狀擋邊帶式輸送機可以如同通用帶式輸送機一樣，成為移動或移置輸送機，即可以移動、也可以移置，從而適應(yīng)礦山開采的需要。波狀擋邊帶式輸送機適用于大傾角輸送物料的特點與平面轉(zhuǎn)彎技術(shù)的結(jié)合可以充分適應(yīng)礦山開采和企業(yè)內(nèi)部空間的限制，給其帶來更加廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
(3)應(yīng)用范圍廣 由于波狀擋邊帶式輸送機的大傾角輸送物料能力，使同一條輸送機可以適應(yīng)在不同工作要求的不同傾角范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)地優(yōu)于通用帶式輸送機，目前已經(jīng)應(yīng)用改變傾角進行卸船，這種“變形金剛”的特點今后將在各種不同的領(lǐng)域中應(yīng)用，例如大壩的堆積、地鐵工程的挖掘等。
