带式输送机用伸缩给料装置设计与实现

刘洪宝，哈旦巴特尔，张琼

（中交一航局安装工程有限公司，天津 300457）

0 引言

随着煤炭资源需求的增加，提高煤炭码头运输能力、提高工作效率成为行业的主要课题之一。现今港口带式输送机系统中应用比较广泛的多点落料为分叉落料布置，即三通漏斗固定于带式输送机头部，通过控制电动翻板的位置，调节落料点的位置。在落料点的数量大于2时，采用分叉后再分叉的布置。当落料点的数量较多时，只能通过使整体溜槽的高度增加来增加更多的落料点，但是，这样一来机房的高度、重量也会水涨船高，而使用伸缩给料装置则可避免以上问题。

黄骅港三期工程中通过采用伸缩给料方案，将一条皮带机分别向多条皮带机给料变为现实。不仅成功降低了转接机房的高度，又增加了堆料流程的可选择性。本文主要阐述了伸缩给料装置的机械结构、电控结构的设计思想以及伸缩给料装置（简称伸缩装置）在实际应用中的运行原理。

1 工程背景

黄骅港位于中国河北省沧州市区以东约90 km的渤海之滨，地处环渤海经济区的中部。黄骅港三期工程包括新建2套四翻翻车机系统、24座筒仓、4个5万吨级装船泊位、带式输送机系统，以及配套设备及设施。其中BF10/11、BH10-1、BQ共计11条带式输送机配置有伸缩装置。BF带式输送机、BQ带式输送机分别是翻堆流程、取装流程的关键线路，伸缩装置的性能直接影响整个工程的质量和经济效益。

2 总体工艺设计

BF10和BF11带式输送机配备5工位伸缩装置，有效行程28m；BH10-1带式输送机配备4工位伸缩装置，有效行程12m；BQ7-1、BQ7-2、BQ8-1、 BQ8-2、 BQ9-1、 BQ9-2、 BQ10-1、BQ10-2带式输送机配备5工位伸缩装置，有效行程16m。

2.1 设计工况

当带式输送机停止时，伸缩装置可以行走；伸缩装置行走至指定工位（卸料位置）且其行走驱动制动后，带式输送机方可启动。带式输送机运行时，伸缩装置不可启动。在其行走驱动装置制动后，伸缩装置无需锚固，此时带式输送机可实现满载启动，物料由带式输送机经过伸缩装置到达卸料位置。

2.2 行走机构

伸缩装置行走速度0.08m/s，驱动装置采用变频器驱动电机，结合行星减速机与齿轮针齿条的形式。驱动装置两侧对称布置，两侧驱动严格保持同步。变频驱动技术可使得伸缩装置平稳启停，精确定位。驱动电机安装在伸缩装置行走车体上，齿条安装在行走轨道支撑梁上，锚固形式为电动夹轨器制动。

伸缩装置定位通过绝对值编码器与接近开关相结合的方式，两端极限位置分别设置有双重安全保护装置。

2.3 供电及控制形式

每台伸缩装置设置有一台控制柜，由变电所抽屉柜供电。伸缩装置行走变频器设置在控制柜内，柜内还有PLC及其它控制元器件，在控制柜内实现伸缩装置的独立控制。上机电缆采用悬挂电缆形式。

2.4 除铁形式

除铁器悬挂在伸缩装置头部。随着伸缩装置的移动，除铁器可到达不同落料点，实现多点给料除铁。

3 伸缩给料装置选型与实现

根据工艺总体设计，伸缩装置驱动选型、结构设计以及精确定位的实现是整套系统的重点。伸缩装置的电控系统设计需要实现伸缩装置正确识别每个工位和两端的行程极限位置；同时伸缩装置是移动设备，在伸缩装置移动的同时要实现移动供电。

3.1 相关计算

3.1.1 机械相关参数计算

以BF皮带机伸缩装置计算为例进行说明。BF伸缩装置上结构与物料共重约200 t。

根据滚动摩擦阻力公式：查表得μ轮=0.07，μ轴承=0.004。

取安全系数为1.5。

双侧：Ft=F牵引·1.5=432 kN

行走速度：v=0.08m/s

综合考虑多重因素，最终取单台电机功率（行走）：P=30 kW

单侧：Ft=216 kN

σHP=1411（销齿轮材料40Cr）

φ =1.5～2.5

取dp=80mm

取销齿轮齿数 z1=13（z1=9～18）。

3.1.2 电控相关参数计算

负荷计算：

伸缩给料电机 30 kW×2

辅助机构 10 kW

整机装机容量 70 kW

工作电流：

考虑最不利工况，伸缩给料电机及全部辅助机构同时运行加以计算。

P=30×2+10=70 kW

若cosφ=0.8，则S=P/0.8=70/0.8=87.5 kVA

根据计算，IQ=1.1，I=146 A，总断路器选160 A框架断路器，额定电流160 A，兼具短路及过流、过载保护。

3.2 机械设计

结构布置见图1。

图1 带式输送机结构布置图

该带式输送机用伸缩装置，包括电缆架和两个彼此之间平行设置的轨道16（对应序号见图1中相应引线序号），两个轨道的一端的两侧分别安装有框架，在另一端的轨道上通过滚轮安装有行走车体1，滚轮能够在驱动装置的带动下与轨道16相滚动配合，行走车体以及框架的上、下侧分别安装有多个改向滚筒，多个改向滚筒14上环绕安装有与其滑动配合的皮带，行走车体的头部沿皮带上物料流出的方向安装有漏斗9，在位于行走车体头部的滚轮上安装有绝对值编码器11，绝对值编码器的输出信号端与驱动装置相连，行走车体的头部通过安装架安装有除铁器8，安装架上连接有防倾覆装置2，电缆架上安装有多个电缆滑车3，电线通过电缆滑车以及防倾覆装置与驱动装置相连，防倾覆装置与电缆架能够相接触设置，轨道的两端分别安装有限位器13。限位器第一道设置正常停止工作限位，第二道设置极限停止限位，第三道为弹簧缓冲器12，保证了该伸缩装置的安全运行。除铁器实时作业，确保了伸缩装置的除铁效果。

驱动装置包括分别安装在行走车体两侧的两台电机，两台电机7与控制柜中的变频器相连，在每台电机的输出轴上均安装有一个齿轮，两个轨道下方支撑结构上分别安装有齿条5，每个齿轮能够与对应设置的齿条相啮合配合。行走车体驱动装置采用了双电机驱动，保证了该伸缩装置两套驱动同步运行，避免行走轮两侧受力不均导致的啃轨现象。当然也可以采用现有的其它传动形式传动。

优选的行走车体上安装有清扫器15，清扫器的刮板与皮带相对间隔设置。设置清扫器可以确保回程皮带无附着物料。

优选的在位于每一个工位位置的轨道上分别安装有一个接近开关10，行走车体上安装有一个感应块。定位装置使用编码器精确实时反馈行走位置，同时行走车体上设有感应块，行走车体走到某一工位后相对应的接近开关动作，即时校正由编码器累计误差引起的定位不准的情况，确保了行走车体定位准确。

优选的行走车体上安装有电动夹轨器6以保证本装置作业前由电动夹轨器固定。

3.3 电控系统设计

供电系统单线图见图2。

图2 供电系统单线图

伸缩装置的电控系统由控制柜、悬挂电缆、滑车系统、变频器、驱动电机、制动装置以及检测装置等组成。

控制柜是电控系统的核心，伸缩装置的驱动变频器和PLC控制器模块等重要电控元器件均设置在柜内。控制柜包括动力和控制部分。动力部分主要包括动力回路，引自变电所的电源供给变频器，并为变频器设置相应的保护。为了提高可靠性，除变频驱动回路外，主回路还设计有接触器正反转回路，可将变频器旁路。当变频器出现故障而又需要伸缩装置移动时，可手动旁路变频器，将驱动电机切换到由正反转接触器直接驱动运行。伸缩装置设有2台驱动电机，由同一台变频器驱动，保证了两台电机的同步性。每台电机均设计有热继电器进行过载保护，动作信号由PLC采集。控制部分主要采用PLC控制，伸缩装置的控制包括就地控制和远程控制，就地控制通过设置就地操作箱，在操作箱上用转换开关手动进行远控/就地切换。

正常情况下，伸缩装置为中控室远程控制，启动、工位选择等信号通过通讯传递至控制柜PLC，控制柜PLC输出开关量信号控制伸缩装置以实现相应功能。特殊情况下，如与中控室通讯中断，可通过就地操作箱实现伸缩装置相应控制。

由于伸缩装置的可移动特性，所有供电、控制缆需要通过电缆滑车敷设至伸缩装置的用电设备上，电缆滑车是由在防倾覆装置上运动的多组悬吊式电缆滑车组成，整个系统还设有拖拽钢丝绳和缓冲器。所有线缆均为柔性、丙烯橡胶绝缘、氯磺酰化聚乙烯（CSP）护套型，鉴于环境温度的影响，设计时已适当地降低了其额定值。电缆滑车的选型同所悬挂的线缆规格匹配，在此基础上合理设计线缆路由，电缆滑车的数量根据移动行程及电缆挠度确定；当多芯悬挂电缆直径超过25 mm时采用线芯并排布置的扁电缆。悬挂线缆长度为伸缩装置移动至最远工位所需电缆长度、线缆自然弯曲所消耗长度、至移动/固定接线箱的线缆长度之和，当然长度可与经验值进行比较，一般可取行程的1.2～1.3倍。

伸缩装置行走车体上还设置有电动夹轨器，用于伸缩装置的锚固。当伸缩装置移动时，电动夹轨器打开，反之夹紧。通过PLC采集电动夹轨器打开、夹紧限位信号，判断电动夹轨器状态。电动夹轨器打开时，伸缩装置方可运行；当行走驱动装置制动且电动夹轨器夹紧后，带式输送机方可运行，此处通过PLC联锁控制实现。

控制柜内的PLC接受中控室通讯信号，同时采集现场伸缩装置就地控制箱控制信号及伸缩装置限位信号，如前进终点限位、前进极限限位、后退终点限位、后退极限限位、多个工位到位检测限位等。伸缩装置上同时设置有绝对值编码器，将伸缩装置的运行位置参数提供给PLC，结合工位到位检测限位实现精确定位。

4 结语

本文所述伸缩装置已成功应用在黄骅港三期、四期工程上，目前伸缩装置定位准确，运行工况稳定，除铁效果理想。

伸缩装置与目前传统的分叉溜槽给料方式相比，具有设计上的合理性、可靠性、安全性等优点，可以应用于一条皮带机向多条皮带机给料的工况，该伸缩装置既可提高空间利用率，又可降低了转接机房的高度。同时该伸缩装置还具有除铁功能，更可减少除铁器总安装量。其电控方面采用了变频器、PLC等技术，结合现场实际，充分考虑了现场工况。伸缩装置实现的多工位功能以及本身配备的电控系统必将有效提高港口的输送能力。