天津港远航国际矿石码头有限公司操作部 魏本有
摘 要：对铁矿石码头用输送带进行科学合理的管理和维护保养，降低输送带的故障发生率，延长其使用寿命，对于确保港口效率和运营成本具有举足轻重的影响。通过研究输送带的特性和使用寿命周期内的故障特点，建立一套能够延长输送带使用寿命的优化的系统性维保策略。
关键词：全寿命周期管理;输送带故障;可视化;检修一体
随着专业化铁矿石码头的发展，大运量、高效率的带式输送机在矿石码头承担着联结各种大型散货装卸设备成为独立的装卸船系统的重要作用。港口吞吐量及效率越来越依赖于输送带的能力及系统容量。在铁矿石港口，台时效率已从早期的单条皮带4 000 t/h发展到目前单机11 000 t/h。带式输送机在中国内陆矿石港口得到了普遍应用，钢丝绳芯输送带正是这一设备的关键部件，其成本占据带式输送机单机总成本的15%～40%。以某进口矿石泊位(T港)为例，即拥有十数条带式输送机，涉及两种带宽，5个强度规格，钢丝绳芯输送带总长度近30 km。对于这一看似简单的输送带进行科学合理的管理和维护保养，降低输送带的故障率，延长其使用寿命，对于确保港口效率和运营成本具有举足轻重的作用。
一般地，铁矿石码头用钢丝绳输送带采用符合国标标准的ST系列输送带［1］，最为常用的是带宽范围为1 200～2 200 mm、钢丝绳根数为113～141根的ST630～ST2500系列系列输送带。这类普通用途钢丝绳芯输送带容易发生以下类型的故障:
(1)输送带磨损:工作面盖胶磨损，非工作面盖胶磨损，边缘磨损。具体表现为带面厚度不均匀磨损、重跑偏致使边缘圆滑磨损及咬边甚至撕裂等。
(2)输送带损伤:工作面盖胶损伤、工作面接头盖胶损伤、非工作面盖胶损伤、钢丝绳损伤、硫化接头损伤。表现形式为输送带表面局部贯通性或者覆盖胶损伤、钢丝绳芯层与覆盖胶层的剥离脱落损伤等。
(3)输送带接头质量不稳定:接头缺胶、接头热硫化气泡、接头钢丝排布偏差超标、接头厚度超标。
综上所述，可以将铁矿石码头用钢丝绳芯强力输送带的输送带故障概括为上下覆盖胶的损伤、输送带钢丝绳芯层的钢丝绳损伤、贯通输送带上下带面的贯通损伤以及盖胶与钢丝绳剥离。
一处普通类型的皮带损伤或许很轻微，但也可能造成极为严重的后果而导致整条皮带报废。例如，硫化接头的有盖胶剥离故障出现时，在采取一定的对应措施后，可能还能够连续稳定运行半年乃至十数月，也极有可能在24 h内发生断带事故。很多内在的损伤无法靠目测发现，一直以来，对于大多数的铁矿石港口来说，其钢丝绳皮带的检点及维保存在一个模糊地带，即无法定量可靠判断其损伤程度，进而影响判断所采取的应对措施能使其继续稳定持续运行多久?本文所介绍的研究工作的目的在于通过研究输送带的特性和使用寿命周期内的故障特点，建立一套能够延长输送带使用寿命的优化的系统性维保策略。
全寿命周期管理理论(LCAM理论)是美国国防部提出的，最早于1962年应用于设备维修［2－3］。按照全寿命周期管理理论，我们将矿石码头输送带的全寿命周期划分为采购建设阶段、运行检修阶段、报废退役阶段(见图1)。
图1 输送带全寿命周期演进
3.1 采购建设阶段
目前的多数输送带的采购部门未能认识到输送带采购的质量问题的严重性，给使用和维保部门造成了不必要的困扰。其采购质量要求仍多停留在提供“出厂合格证”就符合要求的阶段，一些小型厂商产品质量不稳定，不可预知的隐患极大。
(1)输送带产品。主要是采购技术力量雄厚的大型输送带厂商的知名产品，完全按照最新2013版标准执行的产品，杜绝产品缺陷，特别常见的缺陷表现为厚度偏差、上下盖覆盖胶层与钢丝绳芯层之间的定位偏差，这种隐蔽的缺陷最终在用户那里将在输送带磨损到一定程度后导致局部钢丝绳率先出现断丝、断股等致命损伤而导致皮带提前报废。
(2)硫化接头材料。这种接头材料存在质保期短暂的问题，很多港口采取3个月更换一批的办法，很容易造成浪费。宜采取随时使用随时采购的“JIT”(“零库存”)策略，建立可靠的供应渠道。
(3)输送带敷设、硫化安装。严格按照正式获批的硫化工艺程序操作，做好详细的过程记录，避免接头缺陷。
3.2 运行检修阶段
运行检修阶段是关系输送带寿命及成本的关键。运行阶段的检测、分析和诊断、预测、检修决策、检修评估等每个环节需要相关工程技术和监测、维修技术选择和实施等技术手段的支持。
3.2.1 输送带故障的发生特点
运行阶段输送带故障次数与时间的曲线关系见图2。属于改进型“浴盆曲线”关系，即在新输送带敷设硫化安装完成后很长一段时间内，履行固定的周期性恰当的维保程序，可以保持很长时间内只是正常的磨损，而不会出现各种输送带故障。而当正常磨损到一定程度后，因为磨损、恶劣工况、意外事故等各种不利因素的叠加，其故障次数呈现为急剧增长的指数关系。
图2 输送带故障次数与时间曲线
3.2.2 运行阶段的输送带监测技术(可视化技术)
目前在(T港)铁矿石港口输送带的运行过程中存在三级点检程序设置，主要依赖运行巡视、维修点检以及技术主管部门组织的技术检测这三级监测固定程序。随着工程技术的进步和发展，当前的输送带监测维保技术也必须符合自身实际，适应技术潮流，走人工检点与技术监测相辅相成的道路。人工点检受制于人员素质以及港口生产以及现场条件等多方条件制约，使得我们必然选择新技术新方法的路径。目前，除了人工巡视目视检查以外，在作业现场使用的输送带检测关键技术主要是覆盖胶磨损检测技术和输送带钢丝绳芯层的损伤检测技术。
3.2.2.1 覆盖胶磨损检测技术
Salutron Belt Check TH 40盖胶测厚仪。这个测厚仪主要设计用来测量输送带的损耗，尤其是测量钢丝绳芯输送带的盖胶厚度，其采用的正是超声波的发射及回波测量技术。该项检测适宜于在输送带全部运行寿命的后半程进行次数不等的盖胶厚度监测，以辅助预测输送带报废时间。图3是在对某输送带所做的覆盖胶厚度检测后得到的覆盖胶厚度曲线图。测量结果显示其承载面盖胶厚度平均为4.1 mm，最薄处为3.5 mm，综合分析显示其剩余使用时间约为其服役寿命的30%～40%。
3.2.2.2 输送带钢丝绳芯层的损伤检测技术
连续输送带在线质量检测装置是用来实时监测钢丝绳芯输送带内钢丝绳实际状况的装置，这种连续不断监测的方式极大地方便了对钢丝绳皮带的损伤检查，可以随时发现皮带钢丝绳损伤的问题。极大地提高了皮带故障的检测水平。一般地，可以投入到工程实际应用的皮带损伤故障监测的连续检测装置主要有两种:一种是基于移动钢丝绳造成微弱磁场变化检测的输送带钢丝绳扫描装置，例如，固特异公司的输送带钢丝绳芯卫士(Cord Guard)装置［4］，见图4、5;另一种是基于X射线成像技术的输送带钢丝绳扫描装置，见图6、7。第二种因为X射线的成像效果更佳，可以更好地发现输送带内的钢丝绳损伤及各种缺陷。目前国产的X光影像自动识别软件已经能够实现对X光照片中的钢丝绳芯层的断头、接头抽动100%自动识别，具备了实时扫描、实时成像、实时智能识别出所有隐患、自动生成检测报告、自动警示的功能［5］。上述两种都是安装在回程空段皮带上的固定装置。
图3 上下覆盖胶磨损曲线图
图4 Cord Guard装置，固特异公司(美国)
图5 Cord Guard装置的输送带磁场成像图
3.2.3 输送带故障的技术分析——鱼骨图分析
输送带的大型损伤事故主要表现为钢丝绳断裂、断带、边缘或带面纵向撕裂、钢丝绳抽条等严重输送带故障。故障原因主要是输送带的上下盖胶和钢丝绳芯层的各种破坏型式。这些损伤事故使得输送带存在高度的报废风险，所以查找到这些最具破坏力的损伤因素，然后针对性地采取措施，往往能够挽救输送带。对输送带故障做鱼骨图分析(见图8)能够帮助我们系统发现这些破坏因素，协助我们采取针对性措施。对于已经发现的钢丝绳断点采取砂轮片切割断头的临时措施，再辅以热硫化修补或德国SC2000冷粘修补的办法，配合改变清扫器的型式，可大大延长输送带寿命。而接头的修复往往比较困难，在必要时必须进行重做接头的维修。
图6 山西慧达X射线探伤装置
图7 X射线探伤图像
图8 输送带严重损伤鱼骨图分析
3.2.4 检修一体策略
在输送带最关键的运行维保阶段，以三级点检体系为基础，采取通行港口设备管理行业的输送带检修一体策略。输送带的运行检修必须坚持“安全第一”的思想，遵循以效益为中心，兼顾效率的原则，在输送带的检修过程中，一定要按输送带自身规律办事，既要最大限度地提高输送带设备的利用率，也要防止盲目延长维修间隔，防止盲目的设备大修。要根据设备自身的客观条件，做充分的技术经济分析，然后做出恰当的维修决策。
3.3 报废退役阶段
当输送带达到报废标准时，应安排及时更换新带，按照拟定的合理换带工艺操作，并对报废带做无害化回收处理。
通过对输送带的全寿命模型的研究，在各个阶段采取适当的策略，尤其是在运行维保阶段采用大量可行的先进工程技术方法及策略，使得铁矿石码头用钢丝绳输送带的设备管理水平得到了极大提高，能够适应输送带执行极其繁重复杂的铁矿石作业任务的工况条件。
参考文献：
［1］GB/T 9770－2013普通用途钢丝绳芯输送带［S］.北京:中国标准出版社，2014.
［2］周倜，唐玉华.国外大型系统全寿命模型与系统工程过程应用综述［J］.质量与可靠性，2014，6(174):51－59.
［3］胡亦玺，丁伟斌，郭化林.资产全寿命周期管理:内在机理与全景式展现［J］.财会月刊，2015(9):92－95.
［4］Heavy weight conveyor belt guide.Goodyear Co，Ltd.US.2008.
［5］山西慧达公司.http://www.shanxihuida.com/X.
魏本有:300452，天津市塘沽区天津港南疆港区26#泊位
Research of the Maintenance Strategy of Conveyor Belt Used in Iron OreW harf Based on LCAM
Tianjin Port Yuan Hang International Ore Wharf Co.，Ltd.W ei Benyou
Abstract：The scientific management and maintenance of the conveyor belt used in iron ore wharf can reduce the rate of it＇s breakdown and extend the service life，has a vital influence on guaranteeing the efficiency and operating costs of ports.By researching the character of conveyor belt and itsmalfunction during service life，this paper builts up a optimized systematicnessmaintenace strategy to extend the service life of conveyor belt.
Key words：full life－cyclemanagement;malfunction of conveyor belt;visualization;detection and maintenance integration
收稿日期：2015－08－31
DOI：10.3963/j.issn.1000－8969.2015.05.008
此文作者为武汉理工大学物流工程学院物流工程专业2002级学生
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