摘要：長距離膠帶機及可控起動傳輸裝置應用于砂石料輸送系統，具有其特有的優勢，輸送速度快且輸送量較大，可以有效地解決因遠距離汽車裝載倒運等問題。龍灘水電站砂石料輸送系統應用長距離膠帶機及可控起動傳輸裝置輸送砂石料，不僅滿足了大壩碾壓混凝土所需砂石料輸送任務，且對長距離膠帶機及可控起動傳輸（CST）裝置在水電工程中的應用進行大膽的探索與嘗試。

關鍵詞：長距離膠帶機 可控起動傳輸 龍灘水電站 砂石料 輸送系統 應用

1、工程概況

龍灘水電站是西部大開發戰略和西電東送具有重大意義的標志性工程，是繼三峽工程之后又一巨型水電站，是紅水河梯級開發中的最大水電工程。該工程以發電為主，兼有防洪、航運等綜合效益。地下廠房最終裝機容量5400MW。蓄水位400m方案時最大壩高216.5m，大壩為碾壓混凝土重力壩， 為目前世界上最高的碾壓混凝土壩。壩體混凝土總量約740萬m3。蓄水位375m方案時壩高192m，壩體及圍堰混凝土總量約640萬m3。混凝土所用砂石料為人工骨料，并由大法坪砂石加工系統供應。

大法坪砂石料加工系統到大壩混凝土生產系統（直線距離約4.5km）的成品砂石料主要由膠帶機輸送。運輸線中部采用布置在隧洞內（含跨越龍灘溝、那邊溝明段部分）的長距離膠帶機，單機長度約4km，機頭采用高壓電機及可控起動傳輸（CST）裝置驅動。

該長距離膠帶機由沈陽礦山機械（集團）有限公司制作并安裝，水電七局六分局負責運行，長峽龍灘工程建設監理部承擔運行監理。

2、長距離膠帶機應用簡述

龍灘水電站大法坪砂石加工系統距大壩混凝土生產系統（▽308m混凝土系統、▽360m混凝土系統）交通里程約7.5km，且路況較差，12# 公路路面寬度局部路段不足6m，彎多坡陡，且經過麻村采石料場山腳下。采用汽車運輸十分不便，且不能滿足車流量要求，還存在較大安全隱患 ，極易出現成品砂石料堆場排隊等料或堵車現象。在運輸道路和汽車轉運難以滿足砂石料運輸強度情況下，應用長距離膠帶機及可控起動傳輸（CST）裝置輸送砂石料，能有效地解決了汽車運輸存在的問題。為膠帶機輸送系統遠距離輸送砂石料的推廣應用進行了大膽的嘗試。

該長距離膠帶機穿越三條隧洞和龍灘溝、那邊溝兩明段，設計輸送能力3000t/h。從機尾部起下運，下運高差50m（水平距離1743m），中部為水平運行(距離724m)，然后為上運，上運高差為30m(水平距離1478m)，所用膠帶機是以鋼絲繩芯輸送帶作為牽引和承載構件的連續運輸機械。見圖1：

3、長距離膠帶機輸送設計

3、1設計要求

根據砂石料輸送特點，對膠帶機輸送系統進行設計。大法坪砂石加工系統成品砂石料堆場下設雙線廊道膠帶機輸送，用單線膠帶機（E1~E3膠帶機或E2~E4膠帶機）向長距離膠帶機供料，在單線膠帶機供料不足情況下，也可雙線同時向長距離膠帶機供料。然后經▽308m混凝土系統B1—B6膠帶機至砂石料倉儲備或經▽360m混凝土系統A0—A4膠帶機至砂石料倉儲備，經二次篩分后進入骨料調節料倉（一次風冷料倉），供攪拌樓進行混凝土生產。

長距離膠帶機的運轉方式以工藝輸送系統流程在中央控制室通過PLC和計算機控制系統實現自動運轉操作。控制系統具備主要故障的檢測和保護功能，可實現機旁無人操作。為此，長距離膠帶機系統中設計了跑偏、打滑、堵塞、防撕裂及急停（拉繩）開關、除水裝置等附屬裝置。在機頭部設有落料擋板，以防止物料墜落或卡入膠帶與滾筒中損壞膠帶。在機尾部設有兩個受料點，前面導料槽為提升導料槽，后面導料槽為固定導料槽，當后面導料槽受料時，前面導料槽升起。膠帶的運行是靠傳動滾筒與膠帶之間的摩擦力帶動的。膠帶繞過傳動滾筒和多個改向滾筒形成一個無級的環形帶，膠帶的上下分支分別由各種上、下托輥組支承，并由拉緊裝置給膠帶以需要的拉緊力，傳動滾筒的動力來自驅動裝置（電動機與可控起動傳輸CST裝置）。物料經過導料槽不斷地加于膠帶上并隨之一起運行從而完成運輸任務。

3、2設計情況

根據以上要求，在長距離膠帶機設計時，考慮該膠帶機所輸送的物料為成品砂石料，琢磨性高，而且輸送量大，輸送距離長，需選用深槽高速膠帶作為砂石料輸送皮帶，因此采用了耐磨、耐沖擊的優質橡膠鋼絲繩芯輸送帶。

技術參數： 計算參數：

輸送物料：成品砂石料（石灰石） 物料重量： q=208kg/m

粒徑：0~5，5~20，20~40，40~80，80~150mm 膠帶重量： qo=40.8kg/m

散積容重：γ=1500kg/m3 上托輥間距： L1=1.2m

輸送能力：Q=3000t/h 下托輥間距： L2=3.0m

輸送帶寬：B=1200mm驅動功率：3×（10KV+560KW）帶速：V=4m/s 起動時間：40~300s可調

傾角：-1.64o~oo~1.16o 停止時間： 5-60s 可調

高差：-50+0+30m

距離：L=1743+724+1478=3945m

主要結構：

長距離膠帶機是單向運行輸送機械。主要有驅動裝置、傳動滾筒組、改向滾筒組、（上、下）托輥組、拉緊裝置、輸送膠帶、提升導料槽、固定導料槽、清掃器、各種保護裝置及機頭架、機尾架、高架支腿和中間架等主要部件組成。

驅動裝置主要由高壓電動機、聯軸器、可控起動傳輸CST裝置、傳動滾筒組等組成。其連接方式為電動機與CST、CST與傳動滾筒聯接，聯軸器采用CL型齒式聯軸器。該型齒式聯軸器具有一定補償兩軸相對偏移的性能。見圖2：

可控起動傳輸（CST）是由濕式離合器裝置和液壓控制系統組成的一個多級齒輪減速器，它是專門為以逐漸加速的加速度平滑起動運送大慣性載荷長距離皮帶運輸機而設計的。CST裝置的輸出軸扭矩是由液壓控制系統控制的，它隨著離合器上所加的液壓壓力而變化。本長距離膠帶機驅動裝置是由3臺電動機及3臺CST裝置組成。驅動功率為（3×560kw）。

CST的工作特點：驅動電機在負載（皮帶機）起動之前啟動，此時CST輸出軸保持不動。當驅動電機達到滿轉速時，控制系統逐漸增加到每臺CST離合器上的液壓壓力，起動皮帶機并逐漸加速到滿速度。這使得皮帶機在達到滿速度之前有一個緩慢的預拉伸過程。加速階段的持續時間可以在規定的時間范圍內進行調整。由于系統啟動時驅動電機可以按順序空載啟動，所以電機的沖擊電流非常小。同時CST系統也可以象控制皮帶機的起動那樣控制皮帶機的停車，適當延長停車時間可以最大限度地降低對膠帶的動態沖擊力。皮帶機正常運行時，根據系統中負載的分配要求，每臺CST裝置的離合器或保持少量打滑狀態或保持為最大壓力（無打滑）以輸出所要求的扭矩，但系統中任何負載的增加都將引起離合器打滑，這種情況被稱為“軟鎖定”。當離合器被軟鎖定時，任何瞬間的過載或沖擊載荷都將引起離合器的打滑，這樣驅動系統的所有部件，包括聯軸器、軸承和齒輪都將在沖擊或過載時受到保護，從而延長其使用壽命。由于驅動電機可以根據運行負載進行選擇而不必根據起動負載選擇，所以CST驅動系統可以選用功率較小的電機。

CST所帶來的另外一個特點是主電機可以在空載狀態起動，從而減小了起動沖擊電流并縮短了起動時間。同時允許操作人員更靈活的對膠帶機起停操作，而無需反復起停主電機，也提高了CST的可操作性。

CST可控驅動裝置控制箱，配置有觸摸屏控制面板和PLC可編程控制器；速度和功率PID閉環調節模塊；DH485或DH+通訊接口等。可實現與中央集控計算機系統聯網進行遠程數據傳輸。

膠帶自動液壓拉緊裝置是由液壓泵站、拉緊油缸、蓄能器、慢速絞車、電氣控制箱及符件等六大部分組成。油缸通過動滑輪、鋼絲繩與膠帶輸送機上的拉緊小車相連。電氣控制箱為壁掛式結構。該裝置具有以下特點：（1）起動拉緊力和正常運行拉緊力可根據膠帶機張力的需要任意調節。系統一旦調定后，拉緊裝置即按預定程序自動工作，保證膠帶在理想狀態下運行，從而減小膠帶厚度。（2）響應快。膠帶機起動時，膠帶會突然松弛伸長，該裝置中的油缸活塞桿能立刻縮回，及時補償膠帶的伸長，使其緊邊的沖擊減小，從而使起動平穩可靠，避免斷帶事故的發生。（3）具有斷帶時自動停止膠帶機運轉和打滑時自動增加拉緊力等保護性功能。（4）結構緊湊，安裝空間小。（5）可參與集中控制裝置，在集中控制臺上，實現對該液壓拉緊裝置的遠距離監控。

長距離膠帶機機尾裝有盤式制動器，安裝在尾部改向滾筒處，通過PLC控制，并配備手動釋放裝置。在大法坪砂石加工系統成品砂石料堆場廊道下設雙線膠帶機（E3、E4膠帶機）機頭落料斗處裝有導料槽。E3膠帶機為提升導料槽，該導料槽有升降裝置，工作時降下，不工作時升起。E4膠帶機為固定導料槽。膠帶機中部裝有除水裝置，安裝在那邊溝明段部分。當成槽膠帶里有積水時，可先啟動該除水裝置，使該區域段的槽形膠帶面變成平面，然后啟動長膠帶機，由除水裝置將膠面上的積水排除。

為了使長距離膠帶機系統安全生產運行，預防機械部分的損壞，保護操作人員的安全，便于集中控制和提高自動化水平，設置了電氣控制及綜合安全保護裝置。電氣控制及綜合安全保護裝置能對該長距離膠帶機整個運行過程中進行控制、并能對出現的故障進行自動監測、報警。除具有一般的順序啟動、順序停車，斷路、矩路、過載、過流、欠電壓、缺相、接地和拉緊、制動信號等保護以外，還配備以下安全保護裝置：（1）防跑偏；跑偏開關安裝在膠帶機沿線兩側并成對安裝，使開關的觸輥與膠帶接觸部位位于觸輥高度的1/3處。每隔100m左右裝一組（沿線共39組），當膠帶機發生跑偏時發出跑偏報警信號，實現膠帶跑偏自動報警和停機功能，以防止膠帶機因過量跑偏而發生事故。該開關具有兩級動作功能，一級動作用于輕度跑偏量達5%帶寬時發出信號報警，二級動作用于重度跑偏量達10%帶寬時延時動作，報警并停機。（2）緊急事故開關（雙向拉繩開關）；緊急停機用拉繩開關，安裝在膠帶機沿線機架的兩側并成對安裝，每隔50m左右安裝一組（沿線共76組），當膠帶機出現故障時，操作人員可在膠帶機的任何部位拉動拉繩開關，動作后，自鎖并發出報警信號，使本膠帶機及其上游的設備停機。此外，當發出開車信號后，如現場不允許開車時，也可以拉動開關，禁止膠帶機啟動，以避免發生設備和人身事故。（3）溜槽堵塞裝置；用于檢測膠帶機頭部和尾部的漏斗和溜槽內是否發生堵塞。當漏斗和溜槽內發生堵塞時，立即發出報警和停機信號，立即停機，以防事故發生。溜槽堵塞裝置安裝在溜槽相對的兩個側壁不受物料沖擊的適當位置上，一般安裝在距溜槽底部以上1/3溜槽高度為宜。（4）縱向撕裂開關；安裝于膠帶機尾部受料點承載膠帶下面，能隨時檢測出膠帶縱向撕裂故障，并及時發出停機信號，防止故障擴大，減少損失。這些裝置都通過電氣控制系統聯接到控制室進行集中控制。

4、長距離膠帶機實際運行情況

長距離膠帶機于2003年10月20日—12月17日進行通電試運行和空載調試運行，并對膠帶跑偏進行調整。因電氣控制系統將跑偏及急停（拉繩）信號采集共用一組控制線，使PLC控制系統常出現錯誤報警且很難判斷故障點和膠帶跑偏造成停機。12月18日開始帶負載運行調試并將沿線拉繩開關及跑偏開關全部斷開，因上調心托輥組不能滿足設計承載和連續運輸要求，有些托輥從支架上掉下來，停機對該托輥支架進行加固。至2004年1月4日，為滿足▽308m混凝土攪拌系統1# 、2# 攪拌樓重載調試，共運送砂石料約20000t（在此期間斷斷續續運行，且經常停機處理，托輥支架加固效果不明顯，且未能從根本上解決問題）。2004年1月6日，由業主組織各參建單位就長距離膠帶機帶負載運行及存在問題進行討論并要求整改。要求電氣控制系統設計、安裝單位對膠帶機沿線的跑偏開關和緊急（拉繩）開關重新放線、進行改造；要求調心托輥組廠家更換新的托輥支架（加強型），由運行單位配合將沿線上調心托輥組全部更換。并對沿線嚴重跑偏位置和可能對膠帶跑偏造成磨損部位增加擋偏滾筒，以減少膠帶跑偏造成磨損和停機事故，于1月15日整改結束。1月16日進行重載運行試驗，從運行情況看，整改效果明顯，可滿足連續運輸要求。因長距離膠帶機系統與大法坪砂石加工系統、▽308m混凝土系統、▽360m混凝土系統未能實行電氣聯鎖控制，且長距離膠帶機為可控驅動裝置傳輸（設計值：起動時間為120S、緊急停機時間為40S），常因▽308m系統B1~B6膠帶機或▽360m系統A0~A4膠帶機其中某一條膠帶機故障或緊急停機和長距離膠帶機系統故障停機而造成長距離膠帶機機頭或機尾堵料。

自2004年1月16日~3月30日輸送量達50多萬 噸 。從輸送情況看，用高速深槽式長距離膠帶機輸送成品砂石料，具有其它輸送工具（汽車）不可比擬的特點：

4、1 輸送效率高；因深槽式高速膠帶機輸送速度達4m/s， 且輸送強度較大，一般可達2800~3000t/h。與汽車轉運輸送相比，其輸送效率明顯提高，且運行成本大大降低，可滿足大壩高強度混凝土澆筑用料要求。

4、2 結構簡單；用型鋼、板材在制造廠組焊成圖紙要求的組件和部件，如機頭架、尾架、高架支腿、中間架、落礦擋板、溜槽 、張緊臺架等。然后在使用現場用螺栓連接或焊接成所需要的整體。采用可控起動傳輸裝置，膠帶自動液壓拉緊裝置。簡化了輸送系統的結構，安拆迅速、方便。操作簡易且布置靈活。

4、3 運行安全可靠；采用CST的主要目的是為在起動過程加速階段降低張力作用對膠帶機帶來不利影響，通過控制起動上升曲線，可減小膠帶機空載或滿載起動時帶來的瞬時尖峰張力，從而得到一個滿意的動態結果。除了滿足張力與速率控制要求之外，還能防止瞬間負載沖擊帶來的不利影響。任何情況下，從驅將跟隨主驅自動調整狀態，在不同的負荷下均能保持一致的輸出功率。 由于可控驅動裝置CST在高壓腔管道上安裝閉鎖閥，在突然停電時，能保持高壓腔壓力，使離合片保持結合，以保證主電機的動力傳遞。提供可控停車，從而避免系統突然停電以滿負荷運行膠帶機的動力學破壞。

4、4 布置靈活：膠帶機系統可用于砂石料輸送，也可用于混凝土輸送。特別適用于因交通不暢且輸送強度較大的施工場面。其占用場地小，臨建工程量小，投資成本優于其它投資成本。

5、問題與意見

長距離膠帶機經過幾個月的運行，證明該膠帶機運行可靠，輸送量可達到設計要求，因整個輸送系統設計尚不盡人意，還有待進一步認識和改善。主要有以下幾個問題急需解決。

（1）砂石料輸送系統在設計階段未能充分考慮各系統膠帶機與長距離膠帶機在電氣控制部分的聯接，膠帶機啟、停控制方式，長距離膠帶機機頭轉載，系統通訊、監控等問題作較透徹了解。待各系統膠帶機進行聯動輸送時，出現長距離膠帶機遇故障或緊急停車時，大法坪砂石加工系統成品堆場下設廊道輸送膠帶機不能停機而導致長距離膠帶機機尾堵料。或▽308m系統、▽360m系統某一條膠帶機發生故障緊急停機時，導致長距離膠帶機機頭（▽308m系統B1膠帶機機尾或▽360m系統A0膠帶機機尾）堵料現象。因長距離膠帶機為可控驅動裝置，緊急停車時間一般為40s，而其它系統的膠帶機為一般電機驅動，停車時間只有幾秒鐘。只要▽308m系統或是▽360m系統某一條膠帶機發生故障緊急停機時，就會發生長距離膠帶機因慣性（延時）停車而導致機頭堵料（電氣聯鎖控制也無法解決此延時停車問題）。建議在長距離膠帶機機頭卸料處增設一受料坑，亦可增設短皮帶和調節料倉，料倉容量按正常停機時間80s計算，并結合考慮▽308m系統、▽360m系統的B1、A0膠帶機出料改造。以解決機頭堵料問題 。增設各系統膠帶機之間的電氣控制聯鎖并由計算機集中控制，以防止故障或緊急停機發生堵料造成對膠帶機的損傷。

（2）長距離膠帶機機頭清掃器廠家配置安裝的聚胺脂清掃器因刮板磨損較大，且對膠帶損傷較大，更無法刮清膠帶上沾附的泥砂漿。導致沾附在膠帶上的泥砂漿隨著皮帶運行與下托輥組進行磨擦，使隧洞內充滿灰塵。經業主和監理同意，要求廠家提供硬質合金清掃器，運行單位安裝并配合水沖洗。改造后，隧洞內灰塵大大降低。又因水沖洗后使機頭造成泥砂漿的污染，污水排放又成一難題。可增設沉砂池，以減少對環境造成污染，并考慮膠帶在除水時，引至沉砂池排出。

（3）隧洞內的照明與通風問題，隧洞照明線路采用三相四線制供電系統。在膠帶機沿線一側約20m布置一組照明燈具，機頭、機尾及明段處兩側設置固定檢修照明燈具，洞內共設置10臺小型軸流風機。電纜采用阻燃電纜。電源電壓為~220V、~380V，存在較大安全隱患且照明亮度不足。現有部分照明燈具被防水棚遮蓋（洞內滲漏水較為嚴重，已設置防水棚），使洞內照明亮度更加不足。由于設計原因，沿線未設檢修電源，使膠帶機沿線巡查和檢修工作十分困難。建議按規范要求（特殊場合照明器應使用安全電壓：隧道、人防工程，有高溫、導電灰塵和燈具離地面高度低于2.4m等場所的照明，電源電壓應不大于36V。在潮濕易觸及帶電體場所的照明電源電壓不得大于24V。）在沿線另一側增設一回36V或24V電壓照明器具并增設檢修電源。

（4）由于大法坪成品砂石料堆場廊道滲水經廊道出料膠帶機流至長距離膠帶機，使長距離膠帶機在停止運行時膠帶內存有大量積水，不利于長距離膠帶機的安全運行，并影響膠帶的使用壽命。建議在長距離膠帶機5# 洞口龍灘溝段增設除水裝將水排出或在機頭沉砂池建成時將水引至沉砂池排出。為保證長距離膠帶機安全運行和不影響輸送砂石料的含水率，要求在廊道卸料口處設置活動水槽將水引至皮帶外排出。

（5）由于設計原因，對膠帶機輸送系統認識不足，電氣系統設計容量較小，并將配電系統分成機頭和機尾兩個部分控制。機頭由高壓控制系統及低壓配電系統、控制系統組成。高壓系統由雙線路電源進線（一備一用）和7臺高壓控制柜組成（1# 柜、7# 柜為電源進線柜，2# 為變壓器柜，3#~5# 為電機柜，6# 為互感器柜），低壓配電系統由1臺變壓器容量為250KVA和1臺低壓配電柜組成，控制系統由1臺PLC控制柜和1臺控制操作臺及1# 遠程控制柜組成。電機柜未設備用柜，一旦電機柜發生故障，就得待電機柜修復后才能投入運行。機尾配電系統由1臺變壓器容量為100KVA和1臺低壓配電柜及1臺2# 遠程控制柜組成的低壓配電控制系統。一旦機尾配電系統發生停電故障本膠帶機系統則無法運行。另膠帶機沿線未設檢修電源。為了保證長距離膠帶機系統的安全運行和膠帶機維護、檢修的需要，應將膠帶機機尾電源改至機頭集中控制。結合照明線路改造，沿線增設檢修電源。保證隧洞內有足夠的照明亮度，以滿足運行維護人員日常巡查和檢修、維護工作。

（6）由于人工砂易板結和成品堆場兩條廊道的排料口間距較大，形成死容積較多，活庫容較少。使人工砂和碎石放料困難，需輔助機械配合放料。堆場應至少配備2臺以上反鏟和1~2臺裝載機配合。

6、結語

在龍灘水電工程砂石料輸送系統中，利用長距離膠帶機及可控起動傳輸裝置輸送砂石料，能有效地解決了因交通不利于運輸和砂石料問題。如能在設計階段進行充分考慮和論證，在成品砂石料堆場廊道布置及給料設備選擇、長距離膠帶機機頭下料裝置中能有更好的創新，其應用前景將非常廣闊，在其使用上的推廣可作進一步的探討。