傳送帶跑偏調(diào)正方法研究現(xiàn)狀

王趙強，王 飛

(西山煤電集團 官地礦，山西 太原 030022)

帶式輸送機是實現(xiàn)煤炭生產(chǎn)運輸?shù)闹饕\輸設(shè)備，具有連續(xù)輸送能力強、傳輸距離遠、運行效率高、適應性強等特點，在煤炭運輸中起到重要作用，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，被托輥端蓋或機架刮傷甚至刮開撕裂，造成經(jīng)濟損失, 甚至對人身安全構(gòu)成威脅[1].

針對帶式輸送機跑偏問題，國內(nèi)學者對此作了大量研究，賴俊田設(shè)計了一種集機械—電動—氣動于一體的全自動傳送帶調(diào)正機構(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)進行量化[3]；崔建紅等研究了一種擺動托輥架可進行水平擺動與豎直擺動相復合的糾偏裝置，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)機構(gòu)式輸送機糾偏系統(tǒng)[7].由于帶式輸送機本身結(jié)構(gòu)復雜和工作環(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不斷向該水平位置錐形輪最遠端移動，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行分析，得出重點影響因素并提出相應解決方法。

實際應用中，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—傳送帶最高點與最低點的距離 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，傳送帶最高點與最低點距離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與最低點，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，傳送帶最高點與最低點實際高度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方向旋轉(zhuǎn)，此時，托輥的輥子將對傳送帶產(chǎn)生一個向回拽的分力使其復位，起到調(diào)偏作用。

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

1) 機械式托輥。

機械式托輥結(jié)構(gòu)設(shè)計主要原理為依靠立輥為傳送帶提供回復力，若傳送帶向某側(cè)偏移，則帶動立輥做旋轉(zhuǎn)運動，為傳送帶提供相反作用力，使傳送帶偏移程度降低，達到糾偏目的。目前研究方向是使托輥裝置沿基座做單方向運動即水平旋轉(zhuǎn)或者是復合運動(沿XY方向均可移動)達到糾偏的目的。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；若采用復合運動裝置，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、識別準、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)進而指導糾偏。

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)運輸機上常用的方法。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成分，增加其力學性能，防止傳送帶撕裂破壞。

隨著動力學仿真軟件的普遍應用，使用動力學仿真軟件 ADAMS結(jié)合三維建模軟件對液壓力調(diào)偏裝置進行仿真，既節(jié)省實驗成本又擁有良好的仿真效果，仿真結(jié)果亦可指導調(diào)偏裝置設(shè)計改進。托輥調(diào)偏裝置自動化、智能化是下一步的研究重點，其核心是糾偏控制系統(tǒng)，即使用單片機、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行處理，執(zhí)行機構(gòu)收到控制器指令后指導糾偏。

4 結(jié) 論

傳送帶是礦井生產(chǎn)中的主要運輸設(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)。