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蒂森克虜伯公司與Contitech公司和西門子公司共同開發的人字形Megapipe輸送系統能夠連續高容量地輸送出陡壁露天礦，該輸送系統的外徑可達900毫米。該管帶具有最高的抗拉強度，并具有肋狀的承載側，以阻止運輸的散裝物料回滾。

2013年，蒂森克虜伯、西門子和Contitech成立了一個財團，為露天采礦業務開發和營銷一種創新的陡峭輸送概念。在理想輸送狀態，高性能輸送帶從露天礦底部的上游初級破碎機處取出初級破碎礦石或巖石覆蓋層，并將該物料輸送到露天礦的陡峭路堤，并直接從礦井中排出。

“MegaPipe”已在德國蒂森克虜伯工業解決方案研究中心進行輸送粗糙和鋒利邊緣的材料時的臨界測試，涉及關鍵的輸送角度和耐磨性?！癕egapipe”配有耐磨和抗沖擊的人字形型材，可以高效地輸送礦石和巖石覆蓋層，高度可達45°左右。配備適當輪廓的市售深槽帶也適用于高達30°的仰角。這兩種新系統設計有助于顯著減少傳統的重型汽車交通（卡車或鐵路）以及由此導致的露天礦的高運營成本。

圖1 Chevron Megapipe輸送機是深敞露天礦中散裝固體材料的傳統卡車運輸的替代品。

1.用于陡峭輸送的成型皮帶

Chevron-Megapipe輸送機是一種連續輸送管道帶式輸送機，配有管帶，帶有帶肋的承載側（頂部）蓋，外徑為D o = 780至900 mm。

管帶[1]結合了過去五年中輸送帶技術的三項最重要的技術創新：基于ST 10 000技術的高強度鋼絲繩帶具有非常高的動態拼接效率，相應的橫向剛度可以保持Megapipe呈管狀，堅固的抗沖擊和耐磨的V形夾板——帶肋的胎面輪廓用于露天礦的陡峭輸送（圖2）。

圖2 陡峭的輸送機是三種帶式結構技術的組合。

該輸送機只需在初級破碎機中設置預破碎階段，即可制備礦石或巖石覆蓋層，并可實現垂直和水平曲線的封閉運輸，最大輸送速度約為4m/s，最大體積流量可達6000 m3/h。高，最大粒徑可達350毫米，仰角可達45°，露天礦深度可達700米。在實際工廠年運行可用時間為8322小時的情況下，每年的輸送能力約為5 000萬m3。

輸送能力為5000t/h的人字形管道輸送機的輸送和功能原理以及350m深的露天礦的可行性研究的初步結果在[2]中有詳細描述。對于高達30°的仰角和非粘性/粗糙的散裝材料，V形深槽帶也可用作陡峭的輸送機。然后輸送機系統配有深槽帶，帶有堅固的抗沖擊和耐磨的V形夾板。傳送帶結合了高強度鋼絲繩帶，基于屏障技術的橫向鋼筋和堅固的人字形夾板肋條（圖3）的優點。

圖3 用于陡峭輸送的異形深槽帶：高強度鋼絲繩帶，鋼橫向“阻隔” - 增強鋼，以及抗沖擊和耐磨的V形夾

擋板鋼橫向鋼筋位于皮帶的承載側蓋板上，與傳統的傳送帶相比，可確保高達三倍的沖擊強度[3]。深槽帶的寬度可達3200 mm，最大標稱強度為10 000 N / mm。傾斜角度為30°，最大輸送速度為約。2.1米/秒（414英尺/分鐘），該帶系統可以實現高達12000m3/h的體積流量或約億立方米/年的輸送（基于8322h/year） 。

圖4 保加利亞基巖露天礦的陡傾斜帶式輸送機系統，配有Stahlcord Barrier帶，用于運輸3

2.仰角的實驗測定

調查的目的是在實驗中確定帶有和不帶50毫米高的人字形夾板肋的傳送帶的最大傾斜角，并將這些結果與之前由DEM-FEM耦合模擬得出的理論結果進行驗證[2]。這種帶系統的最大可行仰角是對于不規則形狀的大塊材料開始相對于輸送方向的相對運動的角度。

為此，蒂森克虜伯在德國Beckum的研究中心建立了一個帶有控制和測量技術的新試驗臺（圖5a和b）。在試驗中使用的大部分材料是初級破碎輝綠巖（具有均勻晶粒尺寸分布d 的Gmax ≤250mm）上。

圖5a蒂森克虜伯研究中心試驗臺上的試驗。

圖5b Thyssenkrupp研究中心試驗臺上的試驗。

大約10米長的試驗臺用于確定光滑和V形、大直徑管帶或深槽帶的臨界傾斜角，以及研究這些傳送帶設計中散裝物料的行為。測試包括兩條直徑為800毫米的Contitech管帶，帶有和不帶50毫米高的人字形夾板帶肋輪廓，插入帶有夾緊支架的鋼制支架管中。當皮帶管穿過六角形輸送機惰輪站時，為了重現實際管帶式輸送機中發生的動態翻滾效應，測試臺配備了沿著皮帶分布八個氣動沖擊振動器，施加脈沖振動到皮帶和材料床。為了模擬邊坡或滑移角，一臺車載起重機在一端緩慢而平穩地抬起試驗臺。在管帶內正常皮帶重疊區域，縱向安裝帶照明燈的攝像機，根據仰角電子記錄大塊物料的運動。

圖6顯示了從內部看到的視圖。50％的Chevron-Megapipe配備四個高分辨率攝像機，測試臺的角度為45.6°；管道帶以相應的時間間隔通過規定的沖擊振動，第一個材料顆粒開始移動（攝像機4顯示）測試臺底部的前四塊石頭）。

圖6 半填充材料的Chevron-Megapipe內部視圖

圖7總結了在“關鍵”情況下(管道完全排空)，有無上述人字形夾板肋管道輸送機中粗塊物料的調查結果。由于這個原因，一半試驗臺被填充了物料，填充系數為橫截面的50%。這意味著，在實際的輸送機運行中，當管道輸送機被清空時，沒有支撐層和后續的物料層。

圖7空狀態下最大仰角的總結

無料床后滑帶式系統的最大傾角既取決于系統參數(如帶的幾何形狀、輸送帶的速度等)，也取決于大塊物料的性質。該角度是壁摩擦系數（橡膠蓋板/散裝材料、散裝材料的內摩擦角、散裝物料中的應力相互作用的結果），最后是粒度分布。由于初級破碎輝綠巖的散裝物料特性與類似粗粒散裝材料（如礦石或巖石覆蓋層）的特性非常相似，因此驗證結果也適用于其他類似物料輸送。

如果我們現在將當前實驗的結果與之前公布的DEM-FEM模擬結果進行比較[2]，我們可以看到理論確定的斜率角幾乎與實驗中確定的值相同。在確定最大傾斜角時，這種結果的密切一致性證實了滑動特性的純粹理論研究在未來對于類似的散裝材料和系統參數應該足夠。

3.研究沖擊和防滑肋的耐磨性

對Contitech沖擊試驗臺（圖8a）和德國Oetelshofen石灰巖露天礦帶系統轉運站中新型人字形夾板肋的沖擊強度、粘結強度和耐磨性進行了實驗研究（圖8b）用于確定人字形夾板肋的預期壽命，其涉及在極端露天采礦條件下對帶表面的磨損和輪廓粘合強度。

圖8a 在Contitech沖擊試驗臺上對新型人字形斜肋的沖擊強度、粘結強度和耐磨性進行的試驗研究。

圖8b Oetelshofen石灰巖露天礦帶系統轉運站中新型人字形夾板肋的沖擊強度，粘結強度和耐磨性

其目的是開發具有最佳幾何輪廓的創新人字形斜劈肋，并開發一種在最嚴重的沖擊和磨損條件下表現出特別強的耐久性的橡膠化合物。通過沖擊試驗，研究了在Contitech試驗裝置實際和實驗室條件下，人字形型材的粘結強度和沖擊強度。在石灰石采石場的輸送流程中，將試樣帶段作為物料轉運站的沖擊板，驗證了這些剖面所需的耐磨性能(圖8a和圖b)。

從圖8b可以看出，新研制的人字形夾持肋比基礎帶2000 St3150 14:7 DIN-X的14 mm厚上橡膠蓋板具有更長的耐久性。采用1026米長的急傾斜輸送機、[2]的系統參數和14毫米厚的橡膠蓋板計算了人字形型材的耐久性。根據測量的型材在物料轉運站磨損的使用時間，人字形型材的理論耐久性計算為大約五年或更久。

4.Chevron-Megapipe加載點的有限元分析

由于在初級粉碎原料之后，在露天采礦作業和這些塊狀物中可能出現長度可達400 mm的‘魚塊’（意味著長度與寬度比 3的顆粒。這些塊狀物料必須安全地從破碎機出料帶重定向到管式輸送機的裝卸站(通常是直角)，然后嵌入到管的物流中，這個任務區需要設計特殊的結構。

具有兩個‘魚塊’的散裝固體的有限元分析模擬，與輸送方向成直角并成直角

耦合DEM-FEM散裝材料模擬的多次計算運行最終導致裝載站的最佳設計。破碎后物料從破碎機通過所謂的巖石箱轉移到傳送帶上，此時該傳送帶仍為U形（圖10和11）。

圖10 向Megapipe的材料轉移涉及一個巖石盒，將材料重定向到管道輸送機上。

圖11 管帶U形截面中的塊狀物料的對齊

通往Megapipe[4]的傳輸溜槽的設計必須使材料從巖石盒中反彈，然后直接落入U形管道帶中。U形轉移區域的寬度已經對應于要形成的管道直徑；這確保了在形成管道時不會進一步收縮透明帶寬度。U形裝載區域長約8米。在此段中，材料應穩定，輸送速度應同時增加。與傳統的槽形裝料站管道輸送機不同的是，當帶沿輸送方向經過改造成圓形截面時，U型內幾乎沒有物料移動。

圖12 材料轉移到U形帶中的銅礦石（粒徑600 ... 20 mm）的DEM-FEM模擬。

如DEM-FEM模擬的結果（圖12）所示，長度足以使輸送方向上的塊對齊。材料引導本身設計為在輸送方向上打開。此時材料導向的凈寬度約為700 mm，這足以滿足材料進料的寬流量，允許物料流量為5000公噸/小時的銅礦石（粒度分布為600...... 20 mm） ）沒有過滿或堵塞。

5.新傳輸系統的直接驅動解決方案

由于Chevron-Megapipe輸送機必須滿足的邊界條件，這種新型運輸技術的正確驅動解決方案是直接驅動。高輸送能力和提升高度需要多兆瓦的驅動輸出。此外，整個驅動輸出必須通過單個驅動皮帶輪傳遞到皮帶，因為人字形輪廓意味著不可能使用其他皮帶輪進行額外的皮帶重定向。

由西門子和蒂森克虜伯[5]共同開發的驅動解決方案不需要電機和驅動皮帶輪之間的彈性聯軸器，并且整個傳動系統不需要兩個以上的滾柱軸承。這意味著涉及的機械部件非常少，這提高了驅動器的效率和可用性。該驅動解決方案已成功應用于電機輸出功率為6兆瓦的多個皮帶輸送機系統中。

在正常工作中，驅動器通過變頻器在規定的斜坡上啟動和停止。這些斜坡是在調試期間或在預先進行的模擬分析中確定和實現的。驅動系統由一個機械制動器完成，該制動器被設計為緊急制動或保持制動，這取決于需求。

直接驅動與經過試驗和測試的帶式輸送機驅動控制算法相結合，使帶式輸送機能夠可靠和持久地運行。

圖13 帶式輸送機的直接驅動，2 x 4.4兆瓦

6.Chevron-Megapipe與傳統重型卡車成本比較

將露天礦連續運輸技術的成本與卡車、鐵路等重載交通的間斷運輸進行比較。通過露天礦底部的初級破碎機，Megapipe輸送機提供了與露天礦路堤成直角的陡峭運輸。這里的比較對象是東歐一個使用重型卡車和鐵路運輸的著名露天鐵礦礦場。

在這個露天礦（L≈5000m×W≈3000m×H≈480m)每年約有5000萬噸的物料被27輛重型卡車（有效載荷120噸）和36個料斗列車（有效載荷1000噸）運出礦井?；蛘呤褂脝蝹€Chevron-Megapipe，直徑為900 mm，輸送速度為4 m / s，填充系數約為50％，相當于5000萬噸的年輸送能力，可運輸8322小時。利用IPCC系統（是這里Chevron-Megapipe應用于露天煤礦輸送）降低了運營，人員和維護成本，同時減少了礦山CO 2排放量。

參考資料：

Patent no. WO 2014180585 A1 and no. PCT/EP2014/054296: Tubular conveyor belt or pocket conveyor belt having a chevron profile arrangement on the carrying side thereof cross reference to related applications (ContiTech, A. Minkin, 2013)

Minkin, A., B?rsting, P., Becker, N.: Pipe Conveying the next Stage – A new Technology for Steep Incline High Capacity Open Pit Conveying. bulk solids handling Vol. 36 (2016) No. 2/3, pp. 16-23.

Minkin, A.: Cost Reduction in Belt Conveying. bulk solids handling Vol. 35 (2015) No. 2, pp. 16-23.

Patent application no. PCT/EP2017/ 053852: F?rderanlage zum F?rdern von F?rdergut [Conveyor system for conveying material] (Thyssenkrupp Industrial Solutions AG, G. Michaeli and F. -M. Wolpers, 2017)

Patent no. WO 2013/026672 A1: Belt-conveying installation, method for operating the same, and use thereof [Bandf?rderanlage, Verfahren zu deren Betrieb sowie deren Verwendung] (Siemens AG, 2013)

（中國粉體網編輯整理/江岸）

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