梁睿

(萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪 271104)

0 引言

管式輸送機(jī)是日本普利司通公司從1964年開(kāi)始研制，在普通槽形帶式輸送機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新機(jī)型［1］。管式輸送機(jī)可廣泛應(yīng)用于各種物料的連續(xù)輸送，輸送物料被包裹在管狀膠帶內(nèi)輸送，因此不會(huì)受刮風(fēng)、下雨等外部環(huán)境的影響，避免了物料撒落、飛揚(yáng)而污染環(huán)境，也避免了外部環(huán)境對(duì)物料的污染。萊鋼集團(tuán)公司有4條管式輸送機(jī)，于2004～2006年投入使用，管徑均為300 mm，頭尾平面直線(xiàn)距離分別為3.7 km、3.0 km、1.7 km、1.5 km［2］，其中有3條為焦炭輸送機(jī)，1條為燒結(jié)混勻料輸送機(jī)。輸焦1#管式輸送機(jī)于2004年6月建成投產(chǎn)，是當(dāng)年國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的圓管帶式輸焦機(jī)。

管式輸送機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，由于多邊形托輥組機(jī)架變形;輸送帶彎曲段內(nèi)、外側(cè)彎曲阻力不同;輸送帶上物料加載點(diǎn)不對(duì)中等多種原因易造成輸送帶扭轉(zhuǎn)、跑偏故障。體現(xiàn)為輸送帶搭接位置由正上方偏轉(zhuǎn)到兩側(cè)甚至下方，造成輸送帶和托輥的異常磨損、物料撒落、甚至輸送帶翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致較大的設(shè)備故障，其經(jīng)濟(jì)損失小則數(shù)十萬(wàn)，大則幾百萬(wàn)。萊鋼1.7 km輸送燒結(jié)混勻料的管式輸送機(jī)在2012年初，由于輸送帶跑偏，造成輸送帶撕邊、輸送帶扭轉(zhuǎn)、輸送帶在機(jī)頭、機(jī)尾滾筒處翻轉(zhuǎn)重疊等一系列故障，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)原料的供應(yīng)，故障期間增加了幾十萬(wàn)元的物料倒運(yùn)費(fèi)，最終更換了整條輸送帶，損耗資金約500萬(wàn)元。

1 原因分析

對(duì)管式輸送機(jī)扭轉(zhuǎn)原因分析，主要是對(duì)輸送帶受到的力進(jìn)行分析，絕大部分來(lái)自于主要阻力。包括與托輥接觸產(chǎn)生的磨擦阻力，輸送帶的壓陷阻力［3］，托輥安裝誤差所產(chǎn)生的阻力等。輸送帶受到的阻力與以下因素有關(guān):①輸送帶張力、彎曲剛度、橫向剛度;②托輥間距、輸送帶管徑;③輸送機(jī)帶速、輸送帶與物料的摩擦角、物料安息角;④輸送機(jī)的提升角度、彎轉(zhuǎn)角度。

1.1 空載時(shí)的扭轉(zhuǎn)原因分析

如圖1，由管式輸送機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可看出，當(dāng)輸送帶承載75%左右物料時(shí)，包裹著物料的輸送帶重心位置基本與輸送帶圈成的圓心重合或位于下部位置與圓心距離較小，但當(dāng)輸送帶空載時(shí)，由于上部輸送帶搭接，所以輸送帶的重心位于上半部分，處于相對(duì)不穩(wěn)定的狀態(tài)，一旦6個(gè)托輥中的某個(gè)托輥出現(xiàn)細(xì)微的偏差，出現(xiàn)了跑偏力，其較長(zhǎng)的力矩臂也易造成輸送帶扭轉(zhuǎn)。

圖1 輸送帶空載和重載重心示意圖

1.2 托輥安裝偏差出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的原因分析

以圖2(a)中托輥2為例，當(dāng)托輥安裝發(fā)生偏移時(shí)，如圖2(b)所示，輸送帶受到的摩擦力F可分解為驅(qū)動(dòng)托輥轉(zhuǎn)動(dòng)的力Ft和沿帶寬方向的力Fx。其中力Fx是在托輥處使輸送帶發(fā)生扭轉(zhuǎn)的跑偏力。

圖2 托輥處輸送帶的力學(xué)分析示意圖

1.3 托輥粘料和磨損導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)的原因分析

托輥磨損變形或黏上了輸送帶反面的物料導(dǎo)致托輥直徑發(fā)生變化也易造成扭轉(zhuǎn)力的出現(xiàn)。在管式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，如果清掃器不能將輸送帶上的物料清掃干凈，即可造成物料粘結(jié)在托輥上，使托輥形成錐形凸凹形狀，輸送帶受到側(cè)向水平分力的作用，使輸送帶產(chǎn)生跑偏。如圖3，托輥表面粘結(jié)成不規(guī)則的曲面，在某處曲面上膠帶受法向力N的作用，法向力N可分解為沿軸線(xiàn)方向的水平分力N1和與軸線(xiàn)垂直的分力N2，其中側(cè)向水平力N1就是產(chǎn)生跑偏的動(dòng)力。

圖3 膠帶受側(cè)向水平力示意圖

1.4 在曲線(xiàn)段的扭轉(zhuǎn)原因分析

對(duì)管式輸送機(jī)彎曲阻力進(jìn)行推導(dǎo)和理論分析，可看出輸送機(jī)彎曲處內(nèi)側(cè)和外側(cè)輸送帶的彎曲阻力不相同，外側(cè)輸送帶受到拉應(yīng)力，內(nèi)側(cè)輸送帶受到壓應(yīng)力，當(dāng)彎轉(zhuǎn)曲率半徑不夠大時(shí)，內(nèi)側(cè)輸送帶受到托輥的彎曲成形力和正壓力的合力，將大于外側(cè)輸送帶拉應(yīng)力和成形力的合力［4］，由此造成管式輸送機(jī)兩側(cè)托輥對(duì)輸送帶作用力不平衡，使輸送帶有了向內(nèi)側(cè)扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。

1.5 加料點(diǎn)偏移造成的跑偏原因分析

如圖4所示，當(dāng)管式輸送機(jī)機(jī)尾加料溜槽的落料點(diǎn)偏移輸送帶的中心點(diǎn)時(shí)，輸送帶包裹著物料經(jīng)托輥擠壓成圓管型后，物料的堆積截面將不能保持對(duì)稱(chēng)的三角形，這將導(dǎo)致一側(cè)的側(cè)壓力大于另一側(cè)的，從而形成扭矩，導(dǎo)致輸送帶扭轉(zhuǎn)。

圖4 落料點(diǎn)偏移時(shí)物料的堆積示意圖

由圖4可看出，由于落料點(diǎn)偏移，圓管輸送帶內(nèi)物料的堆積截面發(fā)生了較大變化，并可造成托輥6的側(cè)壓力變?yōu)?，對(duì)這種情況受力分析可知:

所以托輥3、4的側(cè)壓力和重力形成的扭矩M將使輸送帶有了逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，當(dāng)物料堆積截面與圖4相反時(shí)，即托輥1和6受到較大的側(cè)壓力和重力，則輸送帶有順時(shí)針扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。

2.6 引起扭轉(zhuǎn)的其他原因分析

(1)輸送帶在加料點(diǎn)對(duì)物料加速引起的阻力和物料與輸送帶間的摩擦力。物料在加載輸送帶上之前，無(wú)論在速度、方向和大小都與輸送帶的不同，物料在輸送帶上的投影速度，一般都小于輸送帶速度。因此，輸送帶必須對(duì)新加載物料進(jìn)行加速，使物料和輸送帶一起運(yùn)行。由于速度的差別，兩者之間就出現(xiàn)了相對(duì)摩擦。當(dāng)摩擦力偏向一側(cè)時(shí)，將導(dǎo)致加料點(diǎn)的輸送帶向一側(cè)跑偏，從而導(dǎo)致過(guò)渡段的輸送帶扭轉(zhuǎn)。

(2)如果機(jī)尾加料處的導(dǎo)料板安裝位置不合適，即過(guò)低或安裝位置過(guò)近，這將導(dǎo)致物料在過(guò)渡區(qū)域內(nèi)與兩側(cè)導(dǎo)料板之間的摩擦阻力增加。當(dāng)物料對(duì)兩側(cè)導(dǎo)料板的阻力不同時(shí)，即兩側(cè)導(dǎo)料板對(duì)物料的反作用力一大一小，則根據(jù)分析輸送帶將向作用力大的一側(cè)跑偏，運(yùn)轉(zhuǎn)到過(guò)渡段時(shí)將導(dǎo)致輸送帶扭轉(zhuǎn)。

(3)清掃器摩擦阻力的變化，清掃器以一定的壓力壓在輸送帶上，當(dāng)清掃器磨損后可導(dǎo)致清掃器與輸送帶摩擦阻力在輸送帶兩側(cè)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致輸送帶扭轉(zhuǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)管式輸送機(jī)輸送帶扭轉(zhuǎn)原因的分析，明確了幾種導(dǎo)致輸送帶扭轉(zhuǎn)故障的觸發(fā)條件，從而在管式輸送機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，可制定相應(yīng)的整改、預(yù)防措施，避免輸送帶扭轉(zhuǎn)故障的發(fā)生。

［1］ 張 鉞.新型圓管帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)冶金工業(yè)出版社，2006.

［2］ 解培林.新技術(shù)在管式膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.燃料與化工，2008(9):21－22.

［3］ 韓剛?cè)A，王 鷹，韓 剛.圓管帶式輸送機(jī)托輥組壓陷阻力的理論分析［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2002(10):4－6.

［4］ 官 燃，孟文俊，王 鷹.圓管帶式輸送機(jī)楔形阻力的理論分析［D］.大連:中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)，2004.