趙振華

(山西焦煤機(jī)械電氣有限公司,太原 030012)

帶式輸送機(jī)作為煤礦的常用物料運(yùn)輸設(shè)備,具有運(yùn)輸距離長(zhǎng)、運(yùn)輸效率高、運(yùn)量大、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),因此在井上和井下的各物料轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)應(yīng)用較為廣泛。近年來(lái),隨著機(jī)械和電氣控制技術(shù)的發(fā)展,井下采煤機(jī)械的生產(chǎn)效率大幅提高,因此對(duì)帶式輸送機(jī)的運(yùn)行速度和工作穩(wěn)定性提出了更高要求。跑偏是帶式輸送機(jī)的常見(jiàn)故障之一,跑偏發(fā)生時(shí),不僅造成運(yùn)輸煤料的拋灑,而且輸送帶單邊磨損加速,易發(fā)生撕裂、斷帶,對(duì)煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)的安全性和連續(xù)性造成較大影響。另外,輸送帶的維修和更換成本較高,也給企業(yè)造成較大經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[1-3]。

針對(duì)輸送帶的跑偏問(wèn)題,可從提高設(shè)備安裝精度、托輥結(jié)構(gòu)改造、增設(shè)糾偏機(jī)構(gòu)等方面入手解決,本文將在輸送帶跑偏原因分析基礎(chǔ)上,對(duì)具體糾偏措施進(jìn)行研究。

1 帶式輸送機(jī)組成

如圖1所示,帶式輸送機(jī)主要由輸送帶、機(jī)頭架、驅(qū)動(dòng)滾筒、機(jī)尾架、轉(zhuǎn)向滾筒、上部槽型托輥、下部平托輥和給料裝置等組成。其中,輸送帶環(huán)形纏繞在驅(qū)動(dòng)滾筒和尾部滾筒之間,并往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng),槽型托輥上的輸送帶承載斷面呈U型,由此保證運(yùn)輸物料不向兩側(cè)溢出和拋灑;驅(qū)動(dòng)滾筒與電機(jī)相連,滾筒面與輸送帶之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn);中間托輥用于分段支撐輸送帶,提高其承載能力,防止輸送帶過(guò)度下垂。一般情況下,煤炭等物料從圖示尾部滾筒上方的給料裝置落下后,沿箭頭方向運(yùn)輸至頭部滾筒后卸料[4-6]。

1-機(jī)尾架;2-輸送帶;3-平托輥;4-機(jī)頭架;5-驅(qū)動(dòng)滾筒;6-槽型托輥;7-給料裝置;8-轉(zhuǎn)向滾筒圖1 帶式輸送機(jī)輸送部分組成結(jié)構(gòu)Fig.1 Composition of belt conveyor

2 輸送帶跑偏原因分析

2.1 空載工況跑偏原因分析

如圖2所示,空載狀態(tài)下,輸送帶主要受自身重力G、張緊力T和摩擦力F作用,重力使輸送帶緊貼在托輥表面,從而產(chǎn)生摩擦力,驅(qū)使托輥旋轉(zhuǎn)。理想狀態(tài)下,摩擦力和張緊力方向相反,均沿輸送帶寬度方向均勻分布。

1-槽型托輥;2-輸送帶圖2 空載工況下輸送帶受力分析Fig.2 Force analysis of conveyor belt under no-load conditions

實(shí)際工況下,兩種力都對(duì)輸送帶的跑偏具有一定影響。首先是摩擦力對(duì)跑偏的影響[7]。輸送帶與托輥的接觸狀態(tài)不可能完全對(duì)稱(chēng),因此在輸送帶對(duì)稱(chēng)中心兩側(cè)所生產(chǎn)的摩擦力大小并不相等,從而使輸送帶產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)趨勢(shì)。當(dāng)連續(xù)多個(gè)槽型托輥由于安裝誤差、支架變形或者地基沉降,引起托輥與輸送帶單側(cè)不對(duì)稱(chēng)接觸時(shí),在不對(duì)稱(chēng)摩擦力作用下,輸送帶將發(fā)生跑偏。與之相似,當(dāng)張緊力在輸送帶寬度方向分布不均勻時(shí),也容易引起跑偏。引起張緊力不均勻分布的因素包括頭尾滾筒軸線不平行、滾筒圓柱度偏差過(guò)大、輸送帶拼接質(zhì)量差等。

2.2 物料運(yùn)輸工況跑偏原因分析

應(yīng)該明確,凡是造成輸送帶空載跑偏的因素,也一定能造成物料運(yùn)輸工況下的跑偏,且更加嚴(yán)重。不同的是,物料在輸送帶上部堆積后,增大了輸送帶與托輥之間的摩擦力,且當(dāng)物料向輸送帶寬度一側(cè)堆積偏重時(shí),在重力作用下,物料有向托輥對(duì)稱(chēng)中心運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),因此輸送帶會(huì)跟隨物料發(fā)生跑偏。另外,當(dāng)物料從落料口落向輸送帶表面時(shí),其沖擊作用也容易引起輸送帶跑偏[8]。

3 輸送帶靜態(tài)糾偏措施

為防止輸送帶跑偏,在設(shè)備安裝、調(diào)試和維修過(guò)程中,可采用以下靜態(tài)糾偏措施[9-10]:

1)在設(shè)備安裝過(guò)程中,應(yīng)注意控制驅(qū)動(dòng)滾筒和尾部滾筒的軸線平行度,且滾筒安裝底座穩(wěn)固可靠,在滿負(fù)荷工況下不發(fā)生過(guò)大變形。同時(shí),應(yīng)注意控制滾筒表面粗糙度,防止?jié)L筒表面粘煤,影響滾筒外圓圓柱度。

2)在輸送帶拼接時(shí),應(yīng)保證拼接縫齊整,拼接縫與輸送帶對(duì)稱(chēng)中心的垂直度小于1 mm,對(duì)于生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)由拼接質(zhì)量引起的跑偏,需斷開(kāi)后重新進(jìn)行拼接;另外,應(yīng)嚴(yán)格控制輸送帶的生產(chǎn)質(zhì)量,保證輸送帶內(nèi)部的各段鋼絲繩芯長(zhǎng)度一致、分布均勻。

3)在輸送機(jī)工作過(guò)程中,及時(shí)根據(jù)落料堆放情況,調(diào)整落料口、導(dǎo)料槽的相對(duì)位置,保證煤料均勻落在輸送帶中心。

4)在輸送機(jī)停機(jī)維修時(shí),檢查和清理滾筒、托輥兩側(cè)滾動(dòng)位置的粉塵,加注潤(rùn)滑油,保證槽型托輥兩側(cè)的托輥轉(zhuǎn)動(dòng)靈活,無(wú)卡滯。

4 輸送帶動(dòng)態(tài)糾偏技術(shù)

在帶式輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,當(dāng)輸送帶已發(fā)生跑偏,需及時(shí)采取在線動(dòng)態(tài)糾偏措施,防止物料拋灑和輸送帶過(guò)度磨損等。

4.1 動(dòng)態(tài)糾偏系統(tǒng)組成

輸送帶動(dòng)態(tài)糾偏系統(tǒng)主要由跑偏檢測(cè)裝置、糾偏裝置和PLC控制機(jī)構(gòu)等組成。其中,跑偏檢測(cè)裝置負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)輸送帶的跑偏量,并將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至PLC控制機(jī)構(gòu),PLC控制器按設(shè)定算法計(jì)算對(duì)應(yīng)跑偏量；當(dāng)跑偏量超過(guò)設(shè)定值時(shí),控制器向糾偏機(jī)構(gòu)發(fā)送糾偏控制信號(hào),糾偏結(jié)構(gòu)的伺服電機(jī)按指令旋轉(zhuǎn)特定角度,完成糾偏；再次檢測(cè),循環(huán)以上動(dòng)作,直至計(jì)算所得跑偏量小于設(shè)定值。

4.2 跑偏量檢測(cè)方法

根據(jù)帶式輸送機(jī)的使用環(huán)境要求,適宜采用機(jī)械式檢測(cè)裝置,該裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示。主要由偏轉(zhuǎn)輥3、安裝支架2、旋轉(zhuǎn)軸2和編碼器等組成,對(duì)稱(chēng)安裝在輸送帶兩側(cè)。當(dāng)輸送帶向一側(cè)跑偏時(shí),輸送帶邊緣推動(dòng)偏轉(zhuǎn)輥繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)編碼器相連,檢測(cè)偏轉(zhuǎn)輥的旋轉(zhuǎn)角度α,則跑偏距離d的計(jì)算公式如下:

d=B-A·tan(arctanB/A-α) .

(1)

式中:B為輸送帶邊部與旋轉(zhuǎn)軸心O點(diǎn)的垂直距離,mm;A為斜托輥輥面與旋轉(zhuǎn)軸心O點(diǎn)的垂直距離,mm;α為偏轉(zhuǎn)輥的旋轉(zhuǎn)角度,(°)。

1-旋轉(zhuǎn)軸和編碼器;2-安裝支架;3-偏轉(zhuǎn)輥圖3 跑偏檢測(cè)裝置及原理Fig.3 Deviation detection device and principle

該檢測(cè)裝置的偏轉(zhuǎn)輥與輸送帶邊部跟隨接觸,在重力作用下可自動(dòng)復(fù)位,不會(huì)對(duì)輸送帶造成過(guò)大的摩擦阻力和磨損。

4.3 糾偏裝置結(jié)構(gòu)

目前常見(jiàn)的輸送帶糾偏方式包括有源式和無(wú)源式,后者主要利用跑偏動(dòng)作來(lái)觸發(fā)糾偏支架自動(dòng)偏轉(zhuǎn),從而完成糾偏,這種方式對(duì)跑偏程度調(diào)整有限,且被動(dòng)式糾偏動(dòng)作過(guò)程不穩(wěn)定,因此僅適用于較小載重、輕微跑偏的輸送帶。對(duì)于煤礦用帶式輸送機(jī),適宜采用有源主動(dòng)式糾偏裝置,有源式糾偏一般采用電動(dòng)、氣動(dòng)或液壓裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)糾偏機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),并可根據(jù)PLC控制器指令不斷調(diào)整糾偏量,方便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

如圖4所示,本系統(tǒng)所采用的糾偏裝置主要由伺服電機(jī)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)支架、底座等組成,伺服電機(jī)的輸出軸與蝸桿相連,蝸輪安裝在旋轉(zhuǎn)支架底部中心。當(dāng)伺服電機(jī)根據(jù)PLC指令旋轉(zhuǎn)特定角度后,蝸桿驅(qū)動(dòng)蝸輪和旋轉(zhuǎn)支架共同旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)支架上安裝的槽型托輥由此旋轉(zhuǎn)特定角度,旋轉(zhuǎn)方向與輸送帶跑偏方向相反,由于輸送帶有垂直于槽型托架中線運(yùn)動(dòng)的特性,因此可對(duì)輸送帶進(jìn)行糾偏。

1-蝸輪;2-底座;3-蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu);4-旋轉(zhuǎn)機(jī)架;5-輸送帶;6-伺服電機(jī)圖4 糾偏裝置機(jī)構(gòu)原理圖Fig.4 Schematic diagram of correcting device mechanism

4.4 糾偏控制策略

該系統(tǒng)的糾偏控制策略如下:將首尾滾筒和托輥的平均中心位置設(shè)定為輸送帶的零位,將停機(jī)跑偏量(即滿足停機(jī)條件的最大跑偏量)設(shè)定為跑偏極限值Δ,根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),規(guī)定當(dāng)檢測(cè)到的跑偏量δ<0.1Δ時(shí),認(rèn)為當(dāng)前跑偏量對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行影響較小,可不必進(jìn)行糾偏;當(dāng)檢測(cè)到的跑偏量0.1Δ≤δ≤0.6Δ時(shí),應(yīng)控制伺服電機(jī)進(jìn)行緩速糾偏,以減小超調(diào)振蕩時(shí)間,提高控制穩(wěn)定性;當(dāng)檢測(cè)到的跑偏量0.6Δ<δ<Δ時(shí),為減少煤料拋灑,縮短跑偏運(yùn)行時(shí)間,應(yīng)進(jìn)行快速糾偏動(dòng)作,加快旋轉(zhuǎn)架的偏轉(zhuǎn)速度。

5 結(jié)束語(yǔ)

帶式輸送機(jī)是煤礦的重要物料運(yùn)輸設(shè)備,為提高其運(yùn)行效率,解決輸送帶跑偏造成的煤料拋灑和設(shè)備損壞問(wèn)題。本文分別對(duì)空載工況和物料運(yùn)輸工況下的輸送帶跑偏原因進(jìn)行了分析,隨后給出了四個(gè)方面的輸送帶靜態(tài)糾偏措施,在此基礎(chǔ)上,重點(diǎn)對(duì)動(dòng)態(tài)糾偏系統(tǒng)的組成、跑偏量檢測(cè)方法、糾偏裝置結(jié)構(gòu)、糾偏控制策略等內(nèi)容進(jìn)行了研究。