姚華龍

（山西壽陽潞陽麥捷煤業(yè)有限公司， 山西 壽陽 045400）

引言

近年來，隨著工作面綜采設備自動化、智能化水平以及采煤技術的提升，工作面煤炭產(chǎn)量明顯增加，對工作面運輸系統(tǒng)的可靠性、運輸能力提出了更高的要求。帶式輸送機作為綜采工作面主要運輸設備之一，正朝著大運量、高運速、長距離的方向發(fā)展。在實際應用中，帶式輸送機經(jīng)常出現(xiàn)打滑、斷帶、輸送帶跑偏等事故，嚴重制約其運輸效率和安全性[1]。本文將針對帶式輸送機輸送帶跑偏的故障設計一款可高效、準確糾偏的裝置，以保證帶式輸送機的運輸效率和可靠性。

1 帶式輸送機跑偏原因分析

帶式輸送機作為綜采工作面的主要運輸設備，其主要由機頭、機尾以及中間段三部分組成[2]，其具體結構如圖1 所示。

對于如圖1 所示的帶式輸送機在實際應用中容易發(fā)生的跑偏事故，經(jīng)對所有跑偏事故進行分析統(tǒng)計，大致可分為兩大類，包括帶式輸送機輸送帶的安裝誤差和運輸過程中各種因素[3]。

圖1 帶式輸送機結構示意圖

1）安裝誤差所導致輸送帶跑偏。經(jīng)統(tǒng)計，安裝誤差是導致帶式輸送機輸送帶跑偏的常見因素，一般可以歸結為：帶式輸送機輸送帶接頭不平直、帶式輸送機機架歪斜、帶式輸送機導料槽兩側的橡膠板壓力不均勻。

2）運輸過程中的各項因素所導致輸送帶跑偏。通過對帶式輸送機輸送帶發(fā)生跑偏的故障原因進行分析，針對運輸過程中的因素可以歸結為：滾筒或者托輥表面粘有物料導致跑偏、輸送帶過長或塑性變形嚴重、輸送帶上所運載的物料重量分布不均勻、在運輸過程中設備振動導致輸送帶跑偏[4]。

2 帶式輸送機自動糾偏裝置的設計

結合上述對導致輸送帶發(fā)生跑偏事故的原因進行分析，為保證帶式輸送機的運輸效率實現(xiàn)對輸送帶糾偏操作自動化、實時化控制尤為重要。因此，本節(jié)將結合帶式輸送機的實際運行工況完成輸送帶自動糾偏裝置的總體設計和關鍵機械系統(tǒng)的設計。

總體設計思路：對輸送帶是否出現(xiàn)跑偏和實際跑偏量進行實時檢測和相關數(shù)據(jù)采集；當系統(tǒng)監(jiān)測到輸送帶跑偏時啟動自動糾偏裝置的機械部件，并基于所采集的數(shù)據(jù)得出準確的控制指令和控制量，對旋轉托輥的角位移進行調(diào)整，最終達到糾偏的目的。

如圖2 所示，通過蝸桿傳動機構將電機的旋轉運動轉化為直線運行，根據(jù)輸送帶的實際跑偏情況對左右托輥支架與其垂直方向的夾角進行調(diào)整，最終達到糾偏的目的。

圖2 帶式輸送機自動糾偏裝置

2.1 自動糾偏裝置關鍵機械部件的設計

本裝置的核心在于精準測量出輸送帶是否出現(xiàn)跑偏、具體跑偏量和相關執(zhí)行機構的設計包括托輥、托輥支架和基座等。

2.1.1 輸送帶位置檢測裝置的設計

針對帶式輸送機輸送帶位置的檢測裝置，在市場調(diào)研基礎上結合實際生產(chǎn)提出兩種方案。

方案一：在輸送帶邊緣上下方分別安裝紅外信號發(fā)射端和接收端。當輸送帶未發(fā)生跑偏時接收端能夠接收到發(fā)射端發(fā)出的信號；當輸送帶發(fā)生跑偏時接收端接收不到發(fā)射端發(fā)出的信號。該種方案具有結構簡單、成本低的優(yōu)勢；但是，該方案僅對是否發(fā)生跑偏進行檢測，而對具體的跑偏參數(shù)無法獲取，包括跑偏量和跑偏速度[5]。

方案二：針對帶式輸送機跑偏量和跑偏速度的精準檢測，設計如圖3 所示的跑偏檢測機構。

圖3 輸送帶跑偏裝置檢測機構

由圖3 可看出，當輸送帶按照圖3 中所示的方向發(fā)生跑偏時，對應左側的檢測元件的位移發(fā)生偏移，通過換算得出輸送帶的實時跑偏量和跑偏速度。

因此，帶式輸送機自動糾偏裝置采用方案二，對輸送帶的跑偏量和跑偏速度進行實時檢測。

2.2 糾偏裝置關鍵機械部件設計

托輥為直接作用于輸送帶并實現(xiàn)其糾偏功能的部件。因此，選用合理、匹配的托輥對自動糾偏裝置功能的實現(xiàn)作用巨大。

目前，市面上可選用的托輥類型包括有槽型托輥、平行托輥、調(diào)心托輥、緩沖托輥和螺旋托輥等。綜合對比上述托輥的功能和作用，本項目采用螺旋托輥，該托輥不僅具有一定的糾偏功能，還能夠解決托輥上粘料的問題。

托輥架作為支撐托輥的載體，其還需承載物料的質量；同時，托輥架也是實現(xiàn)輸送帶橫向糾偏功能的主要部件。因此，本項目中所選型的托輥架不僅需要在強度上滿足要求，而且要求其具備與底座進行連接的接口。綜合對比不同類托輥架的材料成本、結構以及應用口碑，本項目將選用典型的托輥架實現(xiàn)對螺旋托輥的承載。典型托輥架結構如圖4 所示。

圖4 托輥支架結構示意圖

2.3 蝸桿傳動機構的設計

帶式輸送機在正常工作狀態(tài)下，螺旋托輥糾偏過程中還需承擔運輸物料對其的壓力。因此，設計合理的蝸桿傳動機構能夠有效避免托輥和輸送帶的打滑問題，從而提高糾偏效率。

根據(jù)該帶式輸送機的運量、輸送帶寬度等參數(shù)得出在實際糾偏過程中其所承擔的物料的質量為31.2 N；對應糾偏過程中蝸桿傳動系統(tǒng)所承擔的阻力矩為3.5 kN·m。綜合兩項參數(shù)確定蝸桿傳動機構的參數(shù)，如表1 所示。

表1 蝸桿傳動機構參數(shù)

為保證蝸桿傳動機構的強度，對蝸桿進行表面淬火處理，材料為45 號鋼；渦輪材料ZcuSn10Pb，對應材料的屈服強度為220 MPa，彎曲強度為140 MPa。

3 結語

帶式輸送機為綜采工作面的主要運輸設備，輸送帶跑偏為其常見的故障之一。為有效解決帶式輸送機輸送帶跑偏導致運輸效率、安全性降低的問題，本文設計了一款可應用于實踐生產(chǎn)的自動糾偏裝置。該自動糾偏裝置可精準、實時地對輸送帶的跑偏量、跑偏速度等參數(shù)進行精準檢測，從而為后續(xù)的糾偏動作提供扎實的數(shù)據(jù)支撐；同時，該糾偏裝置采用蝸桿傳動機構具有可承受大載荷、穩(wěn)定實現(xiàn)輸送帶糾偏功能的效果。