圓管帶式輸送機是在槽形帶式輸送機基礎上發展起來的一類特種帶式輸送機，它是一種通過托棍組施加強制力將平型輸送帶導向成圓管狀，使輸送物料被密閉在圓管內，從而在整個輸送線路中實現封閉輸送的設備。能夠實現輸送的還有其它一些輸送設備，如Sicon公司的吊掛輸送機、北京東方輸送機公司的吊掛輸送機，Converytech AB公司的U型輸送機（輸送帶形狀為長方形）和三角形輸送機以及Goodyear的折疊輸送帶等。目前，圓管帶式輸送機在國外已得到廣泛應用，而國內對些缺乏深入的理論研究，且僅有的一些工程應用主要還依賴國外公司的設計。為推進國內圓管帶式輸送機的研究，本文討論圓管帶式輸送機的特點及其發展，探討其發展趨勢和所需解決的關鍵技術。
1、圓管帶式輸送機的特點
圓管帶式輸送機的結構原理見圖1，在輸送機的尾部通過裝料器給輸送機裝載，輸送帶經過尾部滾筒后成為普通輸送帶的平形，用若干組過渡托輥將平形的輸送帶逐漸導向成封閉的圓形截面，從而實現密閉輸送物料。為了卸料，在輸送機的頭部仍然通過過渡托輥的導向，將圓形輸送帶導向成平形輸送帶，在輸送機的頭部實現卸料。理論上，輸送機可以進行雙向輸送物料，但是通常需要增設輸送帶翻轉裝置。與其它密閉帶式輸送機和通用帶式輸送機相比，圓管帶式輸送機因其所特有的結構形式，具有明顯的特點。
1.1優點
（1）、圓管帶式輸送機采用的輸送帶接近于普通輸送帶，因而適合用戶的使用習慣，容易被使用者接受，而其它類型的密閉輸送帶式輸送機所采用的輸送帶與通用帶式輸送差別很大。
（2）、可防止外部雜物混入輸送物料，也能防止物料遭受雨淋或日曬等損害，并可實現承載段和回程段完全封閉輸送，原理上可以避免漏料，灑料等，可滿足環保要求。
（3）、能實現柔性布置設計，可以實現小半徑三維空間轉彎，避免了中間轉運站的設立和相應輔助設備的投資和維護費用；特別適合于空間比較狹小或者有障礙物等復雜環境下的輸送線路建設，縮短了輸送距離，從而降低工程的總造價。
（4）、能實現大傾角輸送，普通槽形帶式輸送機提升角度最大只能達到18°左右，而圓管帶式輸送機由于輸送帶將物料圍包在管內輸送，增大了物料與輸送帶之間的摩擦力，輸送角度可以進一步提高。目前已投入應用的圓管帶式輸送機最大可以達到30°傾斜輸送，也有提出采用圓管帶式輸送機進行垂直提升的方案。
（5）、可以方便地實現雙向物料輸送。由于圓管帶式輸送機在承載段和回程段均采用封閉管筒輸送，如果在回程段加裝受料口，回程段仍燃可以輸送物料，并且中間加料可在任何點通過打開和封閉輸送帶完成。
（6）、機架寬度小。圓管帶式輸送機采用圓形截面輸送物料，以較低的帶寬，獲得了同樣大小的有效輸送面積。據統計，在同等輸送截面的情況下，采用圓管輸送機的寬度方向上可以減為原來的1/3。從而降低土建施工時的空間需求、減少鋼材等結構材料的消耗，降低成本和工時。
1.2缺點
（1）、材質和制造要求相對較高。盡管圓管帶式輸送機所采用的輸送帶仍然為平型輸送帶，但是由于要將輸送帶導向成圓管形狀，同時要求密封，因而要求輸送帶的邊緣與通用帶式輸送機的情況不同。另外為了使輸送帶導向成圓管形狀，并且在輸送機運行過程中保持圓管形狀，因而對輸送帶的剛性要求也不同，需要在設計和制造中特別考慮。
（2）、由于在輸送機的運行中物料被圍包在圓管內，增大了物料與輸送帶的擠壓力，因此輸送機的運行阻力系數要比通用帶式輸送機大。
（3）、與通用帶式佃送機相比，在帶速和帶寬相同的條件下輸送量小。例如：帶寬為1000MM時，通用帶式輸送機的物料的最大截面各為0.0944M2（托輥槽角35°，堆積角為10°），而圓管帶式輸送機的物料截面積僅為0.0409 M2。
（4）、設計計算復雜。由于圓管帶式輸送機的木結構形式比通用帶式輸送機的結構復雜，因而使其設計計算更加復雜。特別需要提出的是，圓管帶式輸送機的運行阻力隨運行速度的增大而增大，實際設計中運行阻力系數的選擇較困難。
（5）、從結構上來年，圓管帶式輸送機不會產生如同通用帶式輸送機的輸送帶跑偏問題，但是存輸送帶的扭轉問題，嚴重時會使輸送帶的邊緣進入兩個托輥的間隙內，造成輸送帶的損壞。盡管圓管帶式輸送機有上述的缺點，但它因具有密閉輸送、易于空間轉變、占用空間小等顯著物點，成為水泥、鋼鐵、化工、糧食等領域得到廣泛應用研究的一種新型特種帶式輸送機。例如：德國Auguste Victoria煤礦的管狀帶式輸送機的應用經驗很好地說明了管帶機相對于傳統槽形帶式輸送機的優越性。Auguste Victoria選礦廠每天要產生15000T的尾礦，安裝圓管帶式輸送機之前采用卡車途經商業街運輸到港口的堆場，途中產生噪聲、垃圾、飛塵等污染。如果采用通用帶式輸送機，由于輸送路線地形和建筑結構復雜，需要通過5條帶式輸送機和4個轉載點構成一個輸送系統，加料處還需要卡車轉運；而采用圓管輸送機則只需一條輸送線路就可完成，該輸送機包括3個垂直轉變和5個水平轉變，并且到達港口后可以通過移動式堆料機直接裝船，減少了污染，也節約了成本。
2、圓管帶式輸送機的發展
2.1圓管帶式輸送機的發展水平
圓管帶式輸送機輸送的物料品種涉及煤炭、糧食、水泥、預制混泥土、工業灰渣，肥料、礦石、木屑、油焦、印泥等多種散狀物料，服務行業涵蓋了水泥生產、礦山運輸、加工業原料輸送、電力設備供煤、垃圾處理等多種工業應用。從1978年第一條圓管帶式輸送機誕生以來，圓管帶式輸送已經發展了27年。截止2004年底，全球已建設了960余臺圓管帶式輸送機（其中德國的KOCH公司有150臺左右），輸送能力50-4500T/H；總運輸長度達200KM以上；管徑范圍100-700MM。圖2是截止2002年世界圓管輸送機的建造情況的統計。世界范圍內圓管輸送機的單機最大長度為5029M，最大輸送量為4500T/H。最大管徑為700MM，最大傾角30°，最大轉變角度90°，最多轉彎處數為12個，最大帶速4.7M/S。
20世紀80年代，我國第一臺圓管帶式輸送機由太原重型機械學院設計、吉林市機械廠制造，用于吉林市化工廠，但是未能得到進一步發展。從20世紀80年代末開始引進日本的專利制造技術以來，我國的圓管帶式輸送機建設一直以來大部分采用同國外公司合作生產的試。繼淮南煤礦工機械廠之后，先后有四川自貢運輸機械廠、中國華電（工程）集團公司等單位同Bridgestone公司合作，負責中國地區的圓管帶式輸送機項目建設。最近，北京國家電力建設研究所等單位也與日本企業聯合，長沙重型與德國KOCH公司聯合開始圓管帶式輸送機技術及相關產品在中國的研發和應用推廣工作。目前生產了大約30條圓管帶式輸送機。秦皇島港碼頭圓管帶式輸送機代表了當今世界圓管帶式輸送機建設的水平。可見，國內圓管帶式輸送機的制造已達到了國際先進水平。所存在的問題是，缺乏獨立研究和設計能力，還沒有圓管帶式輸送機自主知識產權。
2.2圓管帶式輸送機的理論研究
圓管帶式輸送機技術最初起源于日本，日本的Bridgestone公司、Tokai公司、 Mitsubishi公司等圓管輸送機生產企業，針對行業特點，設計制造出了各自體系的圓管輸送機，豐富了圓管輸送機的種類。美國的LOEFFLER在對傳統帶式輸送機的標準設計方法改進的基礎上給出了圓管帶式輸送機設計的一般方法；德國漢諾威大學的Wiedenroth 和Hager通過試驗臺的測試研究，發現了圓管輸送機中法向力的增加隨帶速非線性增加的關系，通過試驗證明了托輥組鏡像布置方式（法向力減少18%，縱向力減少13%）和交迭處施加潤滑方法的優點（交迭摩擦阻力減少50%），指出了適當的預拉力對于圓管輸送帶成管性的重要性，并對圓管輸送機轉彎運行時預拉力和曲率半徑對有交輸送截面的形狀變化及其引起的載荷不均（只有四托輥接觸受力）進了分析研究；美國的HORAK提出了圓管輸送機托輥組的雙側布置方案，解決了圓管輸送帶發生夾帶和縱向撕裂的問題，他還設計了一系列新型的鋼結構架（已經獲得專利）和節約型的托輥組布置方案，省去了傳統托輥板式安裝的大量鋼材消耗。此外，南非的P.STAPLES等人也在圓管帶式輸送機部件選擇與維護方在做了許多的研究工作。德國的W.ENGST研究了大傾角輸送物料問題，經過試驗研究最大傾角為40°。日本的綱川浩對圓管帶式輸送機進行垂直輸送進行了原理上的實驗，證明了可以通過圓管帶式輸送機進行垂直輸送粉體物料。
在國內，王鷹等通過圓管帶式輸送機的介紹提出了圓管帶式輸送機的設計計算方法、對輸送機運行阻力進行了初步研究，并且開發了輸送帶彎曲剛度測量的實驗臺。吳志方等探討了采用標準槽形輸送帶代替圓管輸送機專用輸送帶的可行性以及設計過程 中需要注意的問題，但是，尚不能直接采用普通輸送帶。張鉞也提出了應用圓管帶式輸送機進行垂直提升，盡管已經在工程上應用，它只適用于提升高度較小，運輸量較低的場合。此外，一些研究人員也在過渡段成形理論、圓管帶式輸送機空間彎曲螺旋桁架結構機身設計等很多方面進行了研究。作者提出了圓管帶式輸送機過渡段為一系列曲率半徑不同的圓形截面理論，指出了原有過渡段成形理論的不合理之處，并通過計算機仿真給出了圓管輸送機的過渡段圖形，如圖3，此結果基本接近與實際情況。
3、圓管帶式輸送機的關鍵技術及發展趨勢
從我國已建成的圓管輸送機運行情況來年，輸送機的運行機期間還不夠穩定。問題主要集中在托輥、輸送帶及結構架損壞等方面。另外在很多線路設計能源浪費也很嚴重，特別是驅動功率的選取、由于設計理論的落后，安全系數選取過大，導致不得不選用過大功率的電動機。因此，還需要進一步對圓管帶式輸送機的關鍵技術進行研究，從根本上解決輸送機潛在的問題。
3.1設計計算方法
圓管帶式輸送機設計方法主要是以通用帶式輸送機的設計計算方法為基本框架，進行運行阻力和驅動，拉緊裝置等主要部件的選擇。問題的關鍵在于運行阻力系數等參數的選擇。雖然已經給出了一個基本范圍，但實際采用時，不同的設計人員計算差別較大，有待進一步研究。可以通過現有的設備進行實測，得到較準確的數據。
輸送機的曲線段設計計算尚無較為精確的計算方法，需要詳細分析給出具體的計算公式或表格，以方便設計人員的使用。雖然已經對過渡段進了一些研究，并取得了一定的成果，但是目前的分析，基本上是假想為理想的工況。
3.2適應圓管帶式輸送機的輸送帶
圓管輸送帶在運行過程中，要不斷重復著張開和封閉的動作，同傳統的槽形輸送帶相比，要有一些更高的要求。一般認為圓管帶式輸送機的輸送帶應該滿足：良好的柔性，以適應小半徑曲線段的彎曲運行時的撓曲；良好的封閉性，可以通過柔性邊緣形成良好搭接，防止粉塵逸出；打開和閉合輸送帶的過程中穩定的動態連續負載特性，以便提高輸送帶壽命。另外，在某些特殊場合，還要求圓管輸送帶具有耐磨、抗熱、防火、防油、防爆等特殊性能。
圓管輸送帶的交迭摩擦在傳統槽形輸送機中是不曾有的，但是在圓管輸送機的載荷計算中，考慮到它對于托輥受力的重要影響，這個摩擦力不能忽略。但在對交迭處施加潤滑的情況下，其影響會大大減小，托輥承受的法向力和縱向力均可降低為原來的一半。因此，降低圓管輸送帶交迭部分的摩擦，可以降低整個輸送機的運動摩擦阻力，設計時應特別予以考慮輸送帶的開度隨著預拉力的增大而迅速減小，所以要保持輸送帶良好的成管性，要給輸送帶足夠的預拉力。但是托輥法向載荷和縱向載荷爾蒙也會隨著預拉力的增大而增大，所以預拉力也不能太大，選擇適宜的預拉力很重要。
3.3結構設計要求
輸送機的結構設計，一般要求輸送機的結構架簡單，經濟、容易制造，安全可靠性高；檢修棧道應便于人員進入和有足夠的強度。選用托輥時應盡量選擇輕小的電鍍托輥，相對于噴漆托輥可以提高托輥的工作壽命；托輥架應該便于托輥的維修和更換；安裝精度要高，以避免帶管的扭轉；整個輸送機結構架旁邊應有易于對輸送機全程長度進行維修的設備；鹽或腐蝕物料運輸時應選用不銹鋼托輥板，滿足抗腐蝕的要求。轉彎段支架目前也可以用直線段實現。從而替代傳統的昂貴的曲線支架，節省投資。托輥組在托輥板上的安裝孔一般為可調長孔，以方便安裝和日后調整。結構架的材料一般為角鋼，原因在于角鋼方便安裝，可靠性又高。但是在某些需要彎曲結構架的時候，要考慮角鋼的特點，盡量采用外角方向彎曲方式，以降低結構架應力和方便安裝。空間螺旋結構架設計，新型托板的結構設計。
3.4托輥組及其輔助設施設計與布置技術
目前應用廣泛的托輥組形式為六邊形形式，包括平底船形、峰點型及二者的組合。而托輥的布置則有托輥板的單側和雙側布置兩種形式。單側布置時6個托輥全部在同側，每相鄰托輥間的最小間隙一般應小于輸送帶厚度，取4-8MM。如果該間隙過大，輸送帶邊緣易塞入縫隙而引起輸送帶縱向撕裂等損壞；雙側布置時6個托輥分別布置在托輥板兩側，每側3個托輥，間隔布置。這時托輥長度可以適當增加，相鄰托輥之間甚至可以有部分交迭，托輥之間不會發生夾帶情況。
托輥組之間的布置形式有傳統形式和鏡像形式兩種。為了節省托輥上的能量損失，應采用鏡像方式，因為鏡像方式下兩個托輥組之間的輸送段沒有斜向扭曲力，并且托輥承受的法向力在正六邊形托輥組形式時，鏡像布置方式可比傳統布置方式降低能量損失18%；而托輥承受的總向力采用此種方式可降低能量損失13%。因此，采用鏡像方式可減少整個輸送機的運行阻力。回程段可部分采用六托輥組，一般在直線回程段。同時可在每兩組六托輥組中間布置兩組V形或者平托輥組，以減少建設成本。受料口附近的緩沖托輥（槽型，約2-3組）由于要承受物料下落時的沖擊，托輥間距取的較小，一般取為300-500MM。流動性不好的物料，加料處應預先傾斜2°-4°,以避免物料阻塞在加料處.
托輥組安裝時一般采用六邊形或者蜂巢形均勻栓接于邊緣彎曲的托輥板上.一般情況下,每塊托輥板應獨立安裝于支架或混凝土地基引腳上。托輥板上的安裝孔應保證一定的精度，且便于調整。
圓管帶式輸送機上托輥的法向載荷遠帶重，一般可以達到帶重的4.2倍。這是因為圓管輸送機托輥還要承受由于輸送帶成形力等其他因素引起的附加載荷，而這些附加載荷在某些情況下，如彎曲運行時其數值可能非常大，所以計算托輥載荷時要格外注意附加載荷爾蒙的大小。另外需要提出的是，托輥載荷同曲線段類型和輸送機的幾何結構也有關系。凸狐是最壞的情況，因為附加載荷的方向與重力方向一致；水平彎曲時兩個力之間成直角，情況稍好；凹狐時托輥載荷最小，因為附加載荷同重力方向相反，減輕了托輥載荷。但是實際情況遠比這要復雜，因為我們考慮這些問題時使用的張力模型是輸送機在進出曲線段單元的過程，沒有考慮到曲線段摩擦和牽引作用引起的張力變化的簡化模型。
4、需要進一步研究的問題
（1）、新型結構機身的設計。實際上，根據輸送帶的成槽性以及在物料中力的作用下，完全形成圓管形狀，對輸送帶的工作狀態并不是最佳工況。現階段關于圓管帶式輸送機結構架設計的理論根據大多源于工程經驗，真正根據力學原理進行的結構架設計理論在國內研究領域仍然是一片空白。這樣做的后果是導致了工程上大量的鋼材浪費和增加了安裝維護的難度。另外，結構架安全問題也不容忽視，國內部分圓管帶式輸送機生產線就出現過棧橋走道脫焊、威脅維修人員設備安全等問題。
（2）針對不同類型物料輸送參數研究。分析大塊物料在輸送帶中的運行狀態，對各種可能出現的工況進行研究，不同管徑下可以輸送的物料的最大塊度。以及進一步提高輸送機的傾角可能性。擴展圓管帶式輸送機的應用范圍。
（3）定量給料裝置的研制。圓管帶式輸送機的大角度輸送物料，一個必要條件就是對其實現定量給料，定量給料系統將通過固體流量計和給料機控制給料量，以保證圓管帶式輸送機正常工作。 |
