王趙強(qiáng)，王 飛

(西山煤電集團(tuán) 官地礦，山西 太原 030022)

帶式輸送機(jī)是實現(xiàn)煤炭生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)闹饕\(yùn)輸設(shè)備，具有連續(xù)輸送能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、運(yùn)行效率高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在煤炭運(yùn)輸中起到重要作用，但在工作過程中極易出現(xiàn)打滑、跑偏等現(xiàn)象。在輸送過程中，由于落料不均引起軸向受力不平衡，使傳送帶軸向左右滑動。若單側(cè)偏移較多，傳送帶易在該側(cè)形成褶皺堆積，被托輥端蓋或機(jī)架刮傷甚至刮開撕裂，造成經(jīng)濟(jì)損失, 甚至對人身安全構(gòu)成威脅[1].

針對帶式輸送機(jī)跑偏問題，國內(nèi)學(xué)者對此作了大量研究，賴俊田設(shè)計了一種集機(jī)械—電動—?dú)鈩佑谝惑w的全自動傳送帶調(diào)正機(jī)構(gòu)[2]；李喆分析了帶輪形狀對傳送帶對中糾偏性能的影響，對傳送帶傳動參數(shù)進(jìn)行量化[3]；崔建紅等研究了一種擺動托輥架可進(jìn)行水平擺動與豎直擺動相復(fù)合的糾偏裝置，糾偏過程中,該裝置的糾偏輥在水平面旋轉(zhuǎn)的同時在豎直平面擺動,具有更好的糾偏效果[4]；李青等提出了一種帶式輸送機(jī)液壓調(diào)偏托輥裝置[5]；李新華等介紹了一種無源液壓糾偏裝置[6]；周繼昌提出了一種新型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)式輸送機(jī)糾偏系統(tǒng)[7].由于帶式輸送機(jī)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜和工作環(huán)境惡劣，大多防跑偏裝置都有一定的局限性，難以杜絕傳送帶跑偏。

1 跑偏原因

影響傳送帶發(fā)生偏移的原因很多，最主要的原因為以下幾種：

1) 傳送帶本身存在質(zhì)量問題，兩側(cè)張力不一致，合力對傳送帶中心線產(chǎn)生彎矩引起傳送帶跑偏。

2) 若采用托輥調(diào)偏裝置，輥軸安裝不到位傾斜或者輥軸轉(zhuǎn)動不靈活時會產(chǎn)生分力使其對傳送帶中線產(chǎn)生彎矩引起跑偏。

3) 兩側(cè)滾筒安裝時軸線未平行存在夾角，傳送帶會向傾斜一側(cè)跑偏。

4) 落料時不能保證物料均落在傳送帶中心線上，若物料重量更大一側(cè)長時間作用，其重力會對傳送帶中線產(chǎn)生彎矩，使傳送帶向物料更重一側(cè)跑偏。

理論上滾筒軸線相互平行，傳送帶在傳動中不會引起較大偏移。

2 糾偏方法

傳送帶發(fā)生偏移的原因主要是受力不均引起的軸向移動，故對傳送帶糾偏只要使其借助外力裝置達(dá)到合力平衡即可。下面介紹工程實際中常用的兩種糾偏實例，分別通過改變滾筒形狀和采用外力裝置—托輥達(dá)到糾偏的目的。

2.1 改變滾筒形狀

改變滾筒形狀實質(zhì)是使?jié)L筒形狀由最初的直圓筒形狀變?yōu)橹虚g高兩邊低的鼓形或者兩端錐形的結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳送帶跑偏后，由于自身彈性仍能與滾筒嚙合，其糾偏原理是：隨著錐形輪轉(zhuǎn)動，帶動平傳送帶最高點(diǎn)不斷向該水平位置錐形輪最遠(yuǎn)端移動，從而使傳送帶在軸線方向不斷向錐形輪中心處平移，直至錐形輪兩端傳送帶寬度相等，糾偏結(jié)束。下面對改變滾筒形狀后對糾偏性能的影響進(jìn)行分析，得出重點(diǎn)影響因素并提出相應(yīng)解決方法。

實際應(yīng)用中，傳送帶材料既非絕對剛性，亦非完全柔性，是介于柔性材料和剛性材料之間，可以承受一定程度的彎矩。

1) 若將傳送帶視為完全剛性，則平傳送帶在滾輪兩端仍為直角，此時傳送帶便可視作兩端支撐橫梁。簡化示意圖見圖1.

L1—傳動輪中心距 W2—傳送帶最高點(diǎn)與最低點(diǎn)的距離 A—錐面最小直徑圖1 傳送帶完全剛性狀態(tài)示意圖

從圖1中可以看出：

a) 兩傳動輪中心距越小，傳送帶彎曲程度越大，傳送帶彎曲曲率半徑越小。

b) 錐形輪錐面錐度越大，即A越小，傳送帶最高點(diǎn)與最低點(diǎn)距離W2越大，傳送帶彎曲曲率半徑越小。

2) 若將傳送帶視為完全柔性，則傳送帶不能承受任何彎矩，簡化示意圖見圖2.

L1—傳動輪中心距 A—錐面最小直徑圖2 傳送帶完全柔性狀態(tài)示意圖

從圖2中可以看出，此時傳送帶無最高點(diǎn)與最低點(diǎn)，傳送帶彎曲曲率半徑無窮大。

3) 實際中，傳送帶材料含有剛性物質(zhì)，能承受一定程度的彎矩，簡化示意圖見圖3.

圖3 傳送帶一定剛性狀態(tài)示意圖

從圖3中可以看出，傳送帶此時彎曲曲率半徑介于完全剛性和完全柔性之間，傳送帶最高點(diǎn)與最低點(diǎn)實際高度W滿足：0

結(jié)合錐形輪糾偏原理，得出影響錐形輪對中糾偏效果的主要因素為傳動輪中心距和其錐度。中心距越小，傳送帶彎曲程度越大，對傳動軸造成負(fù)載越大。同時，中心距越小，相同傳輸距離下需要的傳動輪數(shù)量越多，運(yùn)輸成本更高。傳動輪錐度越大，實現(xiàn)糾偏越快效果越好。但傳動輪錐度越大，一方面?zhèn)魉蛶菀自趲л喩洗蚧撀洌斐晌ｋU；另一方面，傳送帶形狀在由直變彎再變直過程中，彎曲程度越大，疲勞失效可能性越大，傳送帶使用壽命亦會減小。除此之外，傳送帶剛度和傳送帶的對稱度也會對糾偏效果產(chǎn)生影響。對以上影響因素的解決辦法：控制傳動輪中心距相對較大；結(jié)合傳送帶使用壽命合理控制傳動輪各方面參數(shù)，包括傳動輪數(shù)量和錐度；采用剛度適宜的橡膠材料，不僅耐磨性好，亦可將傳送帶彎曲程度控制在合適范圍內(nèi)；結(jié)合成本要求和零部件加工能力，合理控制傳送帶加工精度。

影響傳送帶跑偏因素中，中心距、傳動輪錐度和數(shù)量等因素的防治方法已成熟，故目前主要研究通過改進(jìn)傳送帶材料改變其剛度抑制傳送帶跑偏。

2.2 采用調(diào)偏托輥

調(diào)偏托輥之所以具有調(diào)偏功能，是當(dāng)傳送帶向某一側(cè)跑偏時，此側(cè)的某種裝置將對傳送帶產(chǎn)生一個阻力，從而被傳送帶拖動向傳送帶前進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)，此時，托輥的輥?zhàn)訉魉蛶Мa(chǎn)生一個向回拽的分力使其復(fù)位，起到調(diào)偏作用。

目前，常用的幾種主要調(diào)偏托輥裝置有：機(jī)械式、氣動式、液動式、電動式和電液混合式。

1) 機(jī)械式托輥。

機(jī)械式托輥結(jié)構(gòu)設(shè)計主要原理為依靠立輥為傳送帶提供回復(fù)力，若傳送帶向某側(cè)偏移，則帶動立輥?zhàn)鲂D(zhuǎn)運(yùn)動，為傳送帶提供相反作用力，使傳送帶偏移程度降低，達(dá)到糾偏目的。目前研究方向是使托輥裝置沿基座做單方向運(yùn)動即水平旋轉(zhuǎn)或者是復(fù)合運(yùn)動(沿XY方向均可移動)達(dá)到糾偏的目的。若僅可單方向水平旋轉(zhuǎn)，立輥力臂小，糾偏效果不好；若帶寬較大會存在支撐不足的問題；若采用復(fù)合運(yùn)動裝置，自動調(diào)偏效果最佳。托輥架結(jié)構(gòu)見圖4.

1—托輥支架 2—立輥 3—回復(fù)彈簧 4—移動活塞 5—中間托輥 6—成槽側(cè)輥 7—螺旋短托輥圖4 托輥架示意圖

2) 液壓式調(diào)偏裝置。

液壓式調(diào)偏裝置的核心是利用液壓動力使托輥架沿支點(diǎn)轉(zhuǎn)動，最早研究的是采用大型液壓驅(qū)動，目前的研究是采用小型液壓泵作動力源，如小型齒輪泵，稱為有源方法[5]；或者直接設(shè)計新型液壓回路以跑偏傳送帶為動力源實現(xiàn)糾偏，稱為無源方法[6]. 另外，若將傳統(tǒng)單個液壓缸結(jié)構(gòu)改為并聯(lián)結(jié)構(gòu)式，可克服單個液壓缸發(fā)生故障引起的糾偏失效問題[7]. 無源動力源糾偏裝置及糾偏裝置液壓系統(tǒng)工作原理見圖5.

3) 氣動式調(diào)偏裝置。

氣動式調(diào)偏裝置調(diào)偏機(jī)理與液動式相同，區(qū)別只在于動力源不同[8].

4) 電液混合式調(diào)偏裝置。

電液混合式調(diào)偏裝置與普通液動式調(diào)偏裝置區(qū)別是添加了方向傳感器，動力強(qiáng)、識別準(zhǔn)、糾偏速度快，可隨時監(jiān)測跑偏趨勢并立即糾正，不用接觸傳送帶即可實現(xiàn)糾偏，避免了傳送帶被損壞。其中，電液式糾偏裝置設(shè)計的關(guān)鍵部分是液壓伺服系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個位置控制伺服系統(tǒng)，傳感器將檢測到的傳送帶偏移量轉(zhuǎn)換為電信號(電壓或者電流信號)，經(jīng)放大器傳到伺服閥中，伺服閥將該信號轉(zhuǎn)化為負(fù)載或者流量，調(diào)節(jié)尾部滾筒軸線，實現(xiàn)糾偏[9]. 液壓伺服系統(tǒng)方框圖見圖6.

1—檢驅(qū)輪 2—液壓箱 3—調(diào)心托輥 4—集成梁 5—液壓缸a) 無源液壓糾偏裝置結(jié)構(gòu)圖

b) 無源液壓糾偏裝置液壓系統(tǒng)工作原理圖圖5 液壓式糾偏裝置結(jié)構(gòu)圖

圖6 液壓伺服系統(tǒng)方框圖

5) 純電動式調(diào)偏裝置。

純電動調(diào)偏裝置的核心部件是位置傳感器，對偏移位置信息處理，使用機(jī)械傳動方法如蝸輪蝸桿傳動使托輥支架繞中心旋轉(zhuǎn)一定角度，待糾偏結(jié)束后回到原始位置。純電動式糾偏裝置結(jié)構(gòu)示意圖見圖7.

圖7 采用蝸輪蝸桿傳動的純電動糾偏裝置結(jié)構(gòu)示意圖

綜上所述，使用電液混合式調(diào)偏裝置和純電動式糾偏裝置調(diào)偏精度高，其核心部分是控制系統(tǒng)，即處理采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)而指導(dǎo)糾偏。

3 傳送帶調(diào)偏發(fā)展趨勢

通過改變滾輪形狀實現(xiàn)糾偏，對中效果好，成本小，是一般工業(yè)運(yùn)輸機(jī)上常用的方法。目前，對錐形輪糾偏性能影響的研究已成熟，主要研究方向為改變傳送帶化學(xué)成分，增加其力學(xué)性能，防止傳送帶撕裂破壞。

隨著動力學(xué)仿真軟件的普遍應(yīng)用，使用動力學(xué)仿真軟件 ADAMS結(jié)合三維建模軟件對液壓力調(diào)偏裝置進(jìn)行仿真，既節(jié)省實驗成本又擁有良好的仿真效果，仿真結(jié)果亦可指導(dǎo)調(diào)偏裝置設(shè)計改進(jìn)。托輥調(diào)偏裝置自動化、智能化是下一步的研究重點(diǎn)，其核心是糾偏控制系統(tǒng)，即使用單片機(jī)、DSP等控制器采用模糊算法等對各種傳感器采集到的信號進(jìn)行處理，執(zhí)行機(jī)構(gòu)收到控制器指令后指導(dǎo)糾偏。

4 結(jié) 論

傳送帶是礦井生產(chǎn)中的主要運(yùn)輸設(shè)備，分析了傳送帶跑偏的原因，并提出了改變滾筒形狀和采用調(diào)偏裝置的方法達(dá)到糾偏的目的。通過改變滾筒形狀實現(xiàn)糾偏的方法已成熟，目前主要研究的是調(diào)偏裝置。調(diào)偏裝置中的電液混合式調(diào)偏裝置及純電動式糾偏裝置調(diào)偏精度高，其核心是糾偏控制系統(tǒng)。