可伸縮皮帶運輸機膠帶跑偏原因分析及糾偏措施

鄧 蕊

（唐山鋼鐵國際工程技術有限公司煉鐵原料部，河北唐山063000）

1 引言

可伸縮皮帶運輸機同傳統的皮帶運輸機相比，工作原理基本相同，只是增加了貯帶、收放帶裝置，使得皮帶機具有可伸縮性能。作為一種典型的摩擦傳動連續式運輸設備，由于其具有伸縮長度大、輸送距離長、輸送能力強、工作阻力小、相對經濟的特點，故在冶金行業得到廣泛應用。皮帶是可伸縮皮帶運輸機中的重要構成部分，且成本占到皮帶機整機成本的將近40%，考慮到當前可伸縮皮帶機運行過程皮帶易出現跑偏問題，同時企業技術人員對于故障原因缺乏針對性的調整方法，調偏效果不理想，降低了皮帶的使用壽命，直接影響到生產正常作業，增加了企業的生產成本，給企業造成巨大的浪費。

2 運輸機皮帶跑偏力學分析

在運轉過程中，皮帶所受的荷載非常復雜，除縱向的拉應力外，還受到滾筒（托輥）的彎曲應力。皮帶作為承載構件和牽引構件，主要依靠皮帶與滾筒間的摩擦力進行驅動，可伸縮皮帶運輸機的皮帶跑偏可以發生在設計、制造安裝、使用運行階段，但本質可以歸結為皮帶兩側的驅動力不平衡，皮帶受到托輥（或滾筒）產生側向力導致皮帶在承載段跑偏。

皮帶在正常運行時，提供托輥（或滾筒）牽引力Fq，方向同圖1所示輸送帶運行方向，由于皮帶中心線和滾筒的軸線呈現角度關系，所以Fq沿托輥（或滾筒）方向進行分解，也即Fc和Fz，前者使托輥（或滾筒）產生轉動趨勢，后者使托輥（或滾筒）沿著軸向產生移動趨勢，考慮到皮帶托輥支架的固定托輥的不可移動性，根據作用力與反作用力原理，它必然就會對皮帶產生反作用力Fy，帶動皮帶向相反側移動，如圖1所示，最終導致皮帶跑偏。

圖1 皮帶跑偏力學分析模型

3 可伸縮皮帶運輸機在不同階段的跑偏原因分析

可伸縮皮帶機的皮帶跑偏原因復雜，可能是單一原因造成，也可能是多種原因綜合作用導致，在進行皮帶機皮帶跑偏的故障分析時，應結合質量控制分析方法，從皮帶機生命周期的設計、制作安裝、使用運行三個階段可以對皮帶機進行全方面原因分析。

3.1 設計階段對皮帶跑偏的影響

設計人員在進行可伸縮皮帶運輸機的前期方案策劃，具體施工圖設計時側重考慮委托方設備初始投資成本，并且皮帶機設計時主要使用程序設計，設計人員實際經驗不足，導致出圖時對皮帶跑偏預防措施重視程度不夠，對圖紙優化設計不夠，導致對可伸縮皮帶機皮帶跑偏采取的預控措施不到位。

3.2 制作安裝階段對皮帶跑偏的影響

可伸縮皮帶機設備制作安裝時應嚴格依據設計圖紙要求進行，避免制作、安裝導致誤差引起皮帶跑偏，筆者對多起現場皮帶機故障的調查分析認為，因為皮帶機安裝人員在安裝時不專業、安裝后對各設備構件和整機缺少反復調試，導致皮帶機在初始安裝階段的安裝精度不符合規范、設計要求，使可伸縮皮帶機在制造、安裝時出現問題，導致皮帶跑偏主要體現在以下方面。

3.2.1 張緊裝置安裝不到位

張緊裝置安裝偏差較大，會影響滾筒、托輥等部件的安裝精確度，對整個皮帶機的安裝具有重要意義。

3.2.2 滾筒、托輥安裝位置不正

在進行滾筒、托輥安裝時，部件的安裝位置與皮帶機縱向軸線偏差較大，造成皮帶在承載長度內跑偏。但是研究發現，皮帶在改向滾筒處和驅動滾筒的傾斜處跑偏嚴重，但是總體呈現出越往前皮帶跑偏越輕，與皮帶運行所處位置關系不大。

3.2.3 機架安裝不到位

機架安裝不到位會使皮帶受到側向力作用，影響皮帶的正常運行，機架安裝不到位主要表現為機架安裝歪斜，具體包括機架的中心線歪斜和機架兩邊高低的傾斜。

3.2.4 皮帶接頭不平直引起的跑偏

皮帶本身制作不直，或者在對皮帶進行硫化接長時，接頭不平直，使得皮帶切口同皮帶縱向中心線不垂直，容易導致皮帶受力不勻，造成皮帶跑偏。

3.3 使用運行階段對皮帶跑偏的影響

在皮帶機的使用運行階段，由于日常對皮帶機的維護不周，對皮帶的保養不到位，操作時工人不能嚴格遵守操作要求，也導致了皮帶跑偏，具體體現在以下幾個方面。

3.3.1 皮帶松弛

皮帶在使用一段時間后，由于皮帶始終處于受力狀態，皮帶將會產生不同程度的變形和老化現象，使皮帶的張緊力下降，造成皮帶松弛，引起皮帶的跑偏。

3.3.2 物料不均勻分布

物料下落方向和位置不正確是物料不均勻分布導致皮帶跑偏的重要原因，最常見的情況就是物料在皮帶兩邊分布不均勻，表現在皮帶空轉時不跑偏，負載運轉時跑偏。

3.3.3 滾筒、托輥粘料

冶金物料均有一定的黏性，同時由于摩擦作用，會同滾筒或托輥發生粘連，導致滾筒或托輥筒徑變大，使皮帶兩側張緊力不均勻，導致皮帶跑偏。

3.3.4 皮帶運行過程的振動

振動是皮帶運行過程中的常見狀態，一般規律為皮帶振動程度同皮帶運行速度成正比，長時間的機械振動必然導致皮帶出現跑偏。

3.3.5 導料槽兩端膠皮壓力不勻

這種情況會造成皮帶兩端運行阻力不同，處理相對容易，一般通過調整皮帶兩側橡膠板壓力即可。

4 可伸縮皮帶機皮帶糾偏的控制措施

針對可伸縮皮帶機皮帶跑偏的故障，在已經分析清楚皮帶跑偏的原因后，設計單位、制作安裝單位和使用企業應當采取針對性的預先、事后控制措施，依據消除輸送帶兩側所受的驅動力不平衡及皮帶受到側向力的原則，采取相應的對策來進行調整。

4.1 設計階段進行皮帶糾偏的控制對策

4.1.1 合理的選擇輸送皮帶

輸送帶的選用是根據輸送機的線路布置、輸送的材料和使用條件來進行的。作為整體施工圖設計的重要環節，皮帶的選擇與皮帶輸送機的其他機械部件的設計密切相關，同時也對工程造價產生重要影響。

4.1.2 采用自動調心托輥

自動調心托輥分為槽型和平行兩種類型，具有對皮帶進行自動糾偏的能力，其糾偏原理可以簡單概括為在皮帶跑偏時，通過使托輥在平面內產生的橫向推力使皮帶糾偏，尤其適用于雙向運行皮帶機環境和皮帶機總長度較短，當皮帶跑偏時，調心托輥在載荷的作用下沿中軸線產生轉動，使輸送帶回到中心位置，如圖2所示。

圖2 可逆自動調心托輥示意

4.1.3 設置防跑偏開關

防跑偏開關一般可以設置在皮帶輸送機的頭部和尾部，當輸送帶在運行中跑偏時，皮帶推動防跑偏開關的擋輥，在限度內使擋輥觸及開關，產生斷電動作，停止皮帶機運行，如圖3所示。

圖3 防跑偏開關

4.2 制作安裝階段對皮帶糾偏的控制對策

對制作、安裝誤差引起的皮帶跑偏，主要在于采取精度控制措施消除誤差，具體對策體現如下。

4.2.1 滾筒（驅動、改向）安裝的精確調整

滾筒的安裝位置軸線必須精確調整，保證垂直于皮帶機長度方向的中心線。考慮到傳動滾筒調整距離的有限性，首先調整傳動滾筒軸心線與皮帶機縱向軸線垂直，然后采用拉緊裝置調整改向滾筒軸承座的位置來保證安裝精度，整個滾筒調整過程需要反復進行，直至皮帶運行狀態達到理想條件，如圖4所示。

圖4 傳動滾筒與改向滾筒調整示意圖

4.2.2 張緊裝置的精確調整

因為張緊裝置施加初始張力給皮帶，保證皮帶與滾筒間有足夠的摩擦驅動力，因此在安裝時，安裝工人更應注意安裝偏差問題，應控制遵守張緊裝置的改向滾筒滿足“雙垂直”原則，即垂直于皮帶長度方向，同時垂直于重力垂線，以保證其軸中心線水平，保證張緊裝置的正常發揮作用。

4.3 使用運行階段對皮帶糾偏的控制對策

為了延長皮帶壽命，保證皮帶機安全可靠運行，必須加強對皮帶的日常維護，控制使用過程可能出現的造成皮帶跑偏的不利因素，具體控制對策如下。

4.3.1 動態地調整轉載點處的出落料位置，控制物料在皮帶的中部

因為物料是動態、持續的運動狀態，此項措施需要人工不間斷地監控，需要動態的調整，在調整過程中可能存在較多的不確定因素，調整難度相對較大，對操作人員的能力要求較高，同時設計、安裝過程也應采取相關措施為使用過程方便操作創造條件，譬如，安裝時可以相對加大兩條皮帶機的相對高度，設計時仔細考慮上下漏斗、導料槽等件的形狀與尺寸等，同時可以增加擋料板改變物料的下落方向和位置。

4.3.2 合理調整張緊裝置，保證滾筒軸線位置準確

使用過程中，針對張緊裝置的不同類型，操作人員應當結合皮帶實際運行情況對張緊裝置進行合理調整。對于重錘張緊裝置而言，利用其重力垂線特點，其上部的改向滾筒應垂直于皮帶長度方向，同時垂直于重力垂線。對于螺旋張緊裝置，為保證滾筒軸線與皮帶長度方向垂直，其張緊滾筒的軸承座應當實現同步平移。

4.3.3 正確調整托輥組

一旦發現皮帶機的皮帶在整個皮帶運輸機的中部跑偏，可以對托輥組的位置進行正確調整來糾偏，如圖5所示。

圖5 托輥組調整示意圖

4.3.4 堅持皮帶機日常清潔，定期清掃粘連物料

物料的粘連容易造成滾筒面變形，導致皮帶跑偏，必須保持對皮帶機工作部件的日常清掃，定期清除皮帶機的沉積物料，保證清掃板與皮帶的接觸均勻，定期清掃落料筒內的物料，避免落料點偏斜。

5 新型皮帶自動調偏裝置的研究

考慮到傳統皮帶糾偏措施大多需要停機調試和人工監視操作，既費時，又耗工，因此在實際設計過程中針對皮帶糾偏專門進行了新型皮帶自動調偏裝置的研制和設計，并在實踐中取得了良好效果。

皮帶自動調偏裝置是一種新型高效的帶式輸送機防跑偏裝置，是防跑偏理念更新與提升。皮帶自動調偏裝置可以自動監測、調整皮帶的跑偏。它由跑偏檢測裝置、基座、旋轉架、調正滾筒組、全自動調正輪伺服機構及電控箱組成（如圖6所示）。跑偏檢測裝置沿輸送帶兩側對稱成對安裝，一般安裝在帶式輸送機的尾部。跑偏檢測裝置的觸臂上設有傳感器，調正滾筒組下設有旋轉架和齒輪電動機。電控箱安裝在距調正輪1500～5000m m的通廊或轉運站的墻壁上。在電控箱內設有控制電路與減速電動機、傳感器連接，減速電動機可以驅動旋轉支架旋轉。

圖6 皮帶調偏裝置

本裝置的工作原理：輸送機的托輥旋轉帶動皮帶向前，皮帶不偏離正常工作位置時將不接觸跑偏檢測裝置，若皮帶偏離后與跑偏檢測裝置接觸，傳感器產生信號后驅動電動機轉動，并推動旋轉支架緩慢旋轉。在旋轉的過程中，皮帶在旋轉支架的帶動下讓與偏離方向相反的方向旋轉，逐漸回到正常位置。這時皮帶邊緣離開跑偏檢測裝置的觸臂，傳感器不再產生信號，電路處于截至狀態，電動機不轉，糾偏停止，達到自動調偏的目的。

此調偏裝置可以在惡劣條件下正常工作，環境適應性強，可以大幅度地降低人力消耗，提高工作效率,具有明顯的經濟效益。

6 結論

皮帶跑偏的原因雖然多種多樣，但是通過主動地對皮帶事前、事中、事后采取合理的糾偏措施，通過可伸縮皮帶運輸機皮帶糾偏的不同控制措施的靈活運用，做好使用過程中的維護保養，可以顯著提高皮帶的使用壽命及企業的經濟效益。

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