李晨曦

（神华粤电珠海港煤炭码头有限公司，广东省珠海市，519000）

作为煤炭精加工的主要组成部分之一，煤炭对经过筛分塔筛分后的块煤要求比较严格，因此在筛分后煤炭转运过程当中需要做到防破碎最大化，由于煤炭本身的硬度及脆性较小，故在筛分和运输过程当中极易产生破碎现象，造成大量块煤二次破碎。通过筛分之后，筛分出来的块煤经过带式输送机转送至堆场。由于各带式输送机间落差较大，而且目前所用溜槽为曲线式溜槽，筛分出来的块煤通过上层垂直下落到下层带式输送机上，结果使得筛分过后的块煤再次破碎，通过技术测试，在9 m高度下煤炭从上层带式输送机落至下层，其二次破碎率约为10%。而由于煤炭相互撞击产生的烟尘也对现场工作人员的健康造成不小伤害。因此，将曲线式溜槽改为螺旋溜槽成为减少筛分后的二次破碎以及降低煤尘的一种绝佳方案。

针对以上问题，部分溜槽设计公司和厂商已经开始着手将螺旋溜槽推向市场。现阶段已经有计算机辅助软件开发出来以辅助螺旋溜槽的设计和计算。由于螺旋溜槽出现时间较短，而由于曲线溜槽制造简单、设计方便、安装迅速等优点，被广大企业所青睐。与此同时，在长时间使用过程当中，虽然相对于直线溜槽其良好的防破碎功能产生了作用，但是随着用户对产品的需求精细化，曲线溜槽已经满足要求，而具有更高的防破碎性能的螺旋溜槽也逐渐出现在各个企业的视野当中。

本文在设计螺旋溜槽上选择了现今较为成熟的方法，即利用不同的溜槽倾角使溜槽同时具有加速段、减速段，从而使煤炭在溜筒当中的撞击减少，从而达到减少煤炭破碎的目的。与此同时，本文在设计过程当中对煤炭通过机头溜槽时抛物线的计算，设计改变抛物线角度，来达到避免煤炭撞击衬板，使其更加平滑地落到螺旋溜槽上，以此降低煤炭破碎率。同时，为了更加详细地解释螺旋溜槽的特性，本文将描述螺旋溜槽的力学模型和受力分析。

1 设计要求

溜槽的总体设计原则是使物料自由平稳地流动，避免产生堆积于堵塞，尽可能地使溜槽和物料之间的磨损减小，同时最大限度地降低煤尘的产生。

1.1 设计所需参数及设计要点及方案说明

表1所示为净空高度煤炭破碎实验数据。

经过技术员详细的数据采集和实验，最终得出在此过程当中块煤二次破碎率高达12%，假设带式输送机额定最大运量3300t／h 计算，则每小时将使已经筛分过得块煤二次破碎396t／h。

此外，部分头部导料槽属于分叉引导式导料槽，在煤炭落入下流带式输送机前会通过挡板将煤炭导入预定带式输送机。具体设计如图1所示：

如图1所示，在位置A 的上方是带式输送机头部，位置A 处设置挡板将煤流引入预定带式输送机 （BDQ-1、BDQ-2）。带式输送机头部至挡板位置相差近2 m，所以在此位置除了破碎问题外，伴随着大量的煤尘，严重危害现场工作人员的身体健康。与此同时，在煤炭经过溜槽撞击胶带过程中由于其净空高度高于9m，且下落过程中无缓冲，煤尘问题更加严重。

表1 块煤撞击破碎实验数据 （带式输送机测试）净空高度

4.5 50.18 47.74 2.44 4.86 50.12 48.17 1.95 3.89 50.38 47.70 2.68 5.32 50.08 47.33 2.75 5.49 50.11 48.00 2.11 4.21 4.75 5.0 50.01 46.24 3.77 7.54 50.06 45.95 4.11 8.21 50.17 46.02 4.15 8.27 50.01 46.55 3.46 6.92 50.01 46.62 3.39 6.78 7.54精块5（三九块）5.5 50.34 46.38 3.96 7.87 50.06 45.87 4.19 8.37 50.16 45.69 4.47 8.91 50.06 46.21 3.85 7.69 50.00 46.03 3.97 7.94 8.16 6.0 50.04 45.92 4.12 8.23 50.03 45.76 4.27 8.53 50.10 45.88 4.22 8.42 50.04 45.49 4.55 9.09 50.12 46.01 4.11 8.20 8.50 6.5 50.40 44.37 6.03 11.96 50.02 44.92 5.10 10.20 50.04 44.85 5.19 10.37 50.02 44.80 5.22 10.44 50.11 44.71 5.40 10.78 10.75 4.5 50.45 48.44 2.01 3.98 50.40 49.03 1.37 2.72 50.02 48.71 1.31 2.62 50.38 49.20 1.18 2.34 50.20 47.85 2.35 4.68 3.27 5.0 50.11 48.40 1.71 3.41 50.08 48.55 1.53 3.06 50.02 48.28 1.74 3.48 50.17 47.99 2.18 4.35 50.01 47.71 2.30 4.60 3.78大块煤（90～200 mm）5.5 49.97 46.10 3.87 7.74 50.07 46.70 3.37 6.73 50.12 45.96 4.16 8.30 50.11 46.08 4.03 8.04 50.04 46.03 4.01 8.01 7.77 6.0 50.03 45.29 4.74 9.47 50.38 45.92 4.46 8.85 50.01 45.63 4.38 8.76 50.01 45.73 4.28 8.56 50.16 45.73 4.43 8.83 8.90 6.5 50.00 45.07 4.93 9.86 50.03 45.11 4.92 9.83 50.12 44.00 6.12 12.21 50.04 44.61 5.43 10.85 50.10 45.15 4.95 9.88 10.53

1.2 设计方案

1.2.1 溜槽倾角的设计

相对于直线溜槽和曲线溜槽，螺旋溜槽可以使物料自由平稳地流动，而且避免产生堆积于堵塞，尽可能地使溜槽和物料之间的磨损减小，同时可以最大限度地降低煤尘的产生。

图1 带式输送机头部溜槽及曲线溜槽

根据溜槽的设计需求，影响其设计的主要因素包括物料的种类、粒度、特性以及落差的倾角四个方面。而所设计的螺旋溜槽应当具有煤炭作为本次溜槽设计当中主要的物料种类，其粒度与特性则以日常码头装卸的煤炭为准。而对应物料的溜槽倾角也可以通过计算得出，其结果见表2。

表2 煤炭在基于煤的水分以及粒度级别上做使用的螺旋溜槽角度

由上表可知，不同煤种的煤炭在粒度级别都≥30mm 的情况下螺旋溜槽的角度变动范围为20°～35°，因此在设计过程当中所涉及的非标准螺旋段、标准螺旋段以及调速段可依照此角度变动范围进行适当调整。

1.2.2 溜槽断面的设计

对于螺旋溜槽断面的设计，其头部溜槽断面及尺寸大小应取决于其连接设备的要求。

按照带式输送机输送能力计算其断面的公式为：

式中：A——溜槽截面积；

Q——输送量；

Ψ——装满系数，相对于煤炭来说可取0.4；

ν——煤炭在底板上运行速度，原煤、精煤、中煤等为1.5；

γ——输送物料松散存重，煤取0.85。

通过式 （1）计算得出溜槽断面面积为1.8 m2。假设胶带宽度为1.6 m，则溜槽高度通过公式：

溜槽高度为1.1m。

1.2.3 螺旋溜槽的设计

目前螺旋溜槽根据底板样式分为两种，在没有煤炭堆积现象的情况下，直底板溜槽无疑是最佳选择。但是若煤炭存在堆积、拥堵现象，则斜底板溜槽可以克服此现象。

匀速段是螺旋溜槽设计当中相对简单的部分，其设计参数包括速度、溜槽螺旋角、倾角、溜槽断面面积、溜槽高度等。与其相比，螺旋溜槽加速段不论是在计算或设计上都是比较繁琐的，需要的参数包括起点和终点的加速度、速度、螺旋角、底板倾角等。其受力分析如图2所示。

图2 物料在溜槽底面的受力分析

如图所示，ABC 为水平面，CD 和BE 垂直于水平面；AD 是外螺旋线的切线。∠CAD 为外螺旋角α，∠BAE 为底板倾角δ，假设煤炭在A 点时初速度为0，则煤炭只在重力的作用下向最大倾斜角∠FED 方向滑动。

根据上图中没在重力作用下分解，可以得出其运动方程为：

当煤炭进行匀速运动时：a=0

斜底板倾角δ=tan-1f

式中：Q——运动质点所受到重力；

f——动摩擦因数；

β——底板倾角；

α——物料加速度。

通过上述分析和计算，可以看出螺旋溜槽的基本参数被很多因素所影响，而通过计算机的辅助计算，则上述比较繁琐的计算可以很轻松地得出结果并且做出模拟。

而在设计加速段的过程当中，除了设计出合理的数据外，还应当保证煤炭在整个运输过程当中保持平稳运行，避免撒漏煤现象，并且要保证煤炭在落入筒仓或者下流皮带时保持相对静止。

2 头部曲线导流槽的设计

由于煤炭在离开胶带时所具有的法相速度与胶带前进速度相同，部分煤炭破碎也发生在煤炭抛出并撞击衬板时。因此，设计头部曲线导流槽也是减少煤炭破碎的方向之一。针对这种情况，首先考虑的应当是煤炭在抛出胶带时的抛物线曲线轨迹。而带式输送机落料抛物线轨迹又与托辊直径、胶带速度以及单位时间煤炭重量相关联，因此根据抛物线公式推导出公式：

式中：x——横坐标值，m；

y——纵坐标值，m；

g——重力加速度，取9.8m／s2；

v——带速，m／s；

α——物料脱离滚筒时的位置角，（°）。

通过上述公式，设定出合理的x 值，求出对应的纵坐标值并描绘出相应曲线示意图，见图3。

图3 机头卸料轨迹

2.1 改造前机头溜槽的设计

根据实际考察以及对部分溜槽制造厂商资料的整理，带式输送机头溜槽在没有特殊要求时是按照常规型号进行设计的，在设计过程当中并没有考虑到机头落料对溜槽的冲击以及冲击所产生的物料破碎和粉尘问题，并且由于带式输送机带速相对较快，所产生的粉尘也较大，常见的机头溜槽如图4所示：

图4 机头溜槽

2.2 改造后机头溜槽的设计

根据此公式和不同的x 值可以得到相应的y值，见表3。

表3 头部落料轨迹坐标 m

根据以上数据，可以得出煤炭落料轨迹线，则落料轨迹在原机头溜槽如图5所示。

图5 煤炭在机头溜槽当中的抛物线轨迹

进而对原机头溜槽进行改造，改造如图所示通过改变抛物线角度可以使得煤炭撞击点产生改变或者减缓煤炭下落时的冲击力。一般来讲，改变抛物线角度的方法有三种，分别是：提高头部溜筒的高度；降低胶带速度；假装头部曲线挡板。再根据以上所得出的数据，具体溜槽模型如图6所示。

3 结论

图6 曲线溜槽及机头溜槽模型

螺旋溜槽在防止煤炭破碎方面具有相当大的潜力，并且其结构简单、使用方便、效果良好。由于没有被广泛应用，其效果仍然有待时间的检验，并且在实际设计、操作和使用当中还有大量需要优化和改进的地方，本次研究通过对螺旋溜槽以及机头溜槽的设计，完善了螺旋溜槽的设计和计算。而相较于通用性曲线溜槽，螺旋溜槽将会是一种更先进的煤炭防破碎装置。

［1］ 韦晶磊，王新.带式输送机加料溜槽设计与应用［J］.中国新技术新产品，2013 （12下）

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