皮帶機跑偏故障與防偏技術分析

王 敏

（大同煤礦集團機電裝備制造有限公司， 山西 大同 037000）

引言

皮帶機作為井下煤炭開采、輸送的主要機械設備，是由機架、托輥組、糾偏裝置、皮帶、驅動裝置、張緊裝置、控制報警裝置等組成，具有結構簡單、維修容易、運量大等優點，承擔了井下煤炭運輸的主要部分。但是，在皮帶機運行過程中，容易發生跑偏現象，當跑偏出現后，會造成散煤的遺落堆積，降低工作效率，同時跑偏的皮帶會與皮帶機鋼鐵部件或者煤壁邊緣發生摩擦破損，極大地縮短了皮帶的使用壽命，影響煤礦的正常生產，如果不及時采取糾偏措施，還可能發生安全事故。因此，本文通過分析皮帶機運行時的受力情況，從根本上掌握皮帶機跑偏的原因，提出幾種防偏并分析其防偏原理，為解決預防皮帶機跑偏故障提供支持。

1 皮帶機動力學分析

皮帶機運動過程的受力情況分析必須從其結構入手。一般皮帶機為直線布置，與水平面的夾角不能大于18°。皮帶放置在按一定間距布置的托輥上，并沿機架縱向環繞一周，在張緊裝置的調節下，使皮帶能夠隨著驅動滾筒機循環往復運動，從而完成物料的輸送。皮帶機運動過程中的受力情況如圖1所示，FN1、FN2分別為皮帶兩側縱向張力作用于托輥上的正壓力；Fr1、Fr2分別為托輥作用于皮帶兩側的摩擦力。正常情況下皮帶兩側縱向張力對稱相等，即FN1=FN2、Fr1=Fr2，皮帶位于輸送機中心位置，即O-O與O′-O′重合。

2 皮帶機跑偏原因分析

在實際生產中，要求皮帶運行的理想狀態應該滿足上節描述的受力情況，皮帶所受到的摩擦力與支撐力應該對稱相等，保證皮帶中心和機架中心重合，皮帶運行才能不偏不倚。如果受力情況發生變化，皮帶便會出現跑偏現象，如果跑偏情況嚴重，則稱為跑偏故障。為了有效解決及預防皮帶機跑偏現象，本節通過分析其跑偏的受力狀態來概括造成皮帶機跑偏的原因[1-3]。

圖1 皮帶受力示意圖

皮帶機跑偏，實質就是皮帶與下部托輥相互作用力發生不協調作用力引起的。皮帶與托輥的相互作用情況如圖2所示。

圖2 皮帶跑偏受力分析示意圖

微段的平衡方程如式（1）所示：

式中：F為皮帶上的拉力；dF為微段上的拉力變化；dθ為微段內皮帶與托輥的接觸角；dN為微段內托輥對皮帶的支撐力；f為皮帶與托輥之間的摩擦系數。

通過積分處理，皮帶與托輥的完全受力公式如式（2）所示：

式中：∑Ff為皮帶與托輥的總摩擦力；F0為皮帶空載時的初拉力；f為摩擦系數；θ為摩擦角。

由此可知，皮帶與托輥之間的相互作用力與其接觸角、摩擦系數有很大關系。當接觸角、摩擦系數因外部因素而發生變化時，相互作用力會發生傾斜，托輥是固定不動的，故受力變化會導致皮帶跑偏，從而發生跑偏故障。根據煤礦生產經驗和受力情況的分析，可知導致兩者接觸角、摩擦系數發生變化，發生跑偏的原因有：

1）裝置從頭到尾不在一條中心線上。該原因是皮帶機安裝設計過程中造成的，皮帶機機頭、機尾、中間架的位置不在一條直線上，會出現側向力，直接影響皮帶與托輥之間的受力情況。主要是因為裝置的安裝順序是先驅動裝置后機尾等，故導致整個皮帶中心線發生偏移，影響正常運行。

2）托輥架的中心線水平偏差過大。托輥架中托輥的垂直高度差會使皮帶與托輥之間產生橫向摩擦力，導致皮帶向較高一側的托輥偏移[4]。

3）皮帶機皮帶接頭在配裝時出現偏移現象。皮帶搭接主要由機械搭接和硫化搭接完成，無論是哪一種搭接方式，如果接頭搭接有差，都會導致皮帶在接口處受力不均，逐漸發生跑偏現象。

4）物料落點不在中心線，或者分布不均。物料掉落時的重力影響以及物料堆積時的中心偏移都會導致皮帶受力不均，逐漸出現跑偏現象。

5）皮帶出現損傷及托輥等運轉支撐件。沉積物料引起的跑偏。首先，皮帶是皮帶機主要的載物平臺與受力方。如果皮帶自身損傷程度不同，則會導致受力發生偏移，達不到平衡條件，從而出現跑偏；其次，托輥等部件由于煤渣等的沉積，使其回轉半徑與設計標準出現偏差，導致皮帶受力不均，從而出現跑偏[5]。

總之，皮帶機出現跑偏現象的根本原因是皮帶的動力平衡被打破導致出現受力不均而造成的。在實踐生產中，必須時刻注意皮帶機的運轉狀態，及時調整。

3 皮帶機防偏技術分析

1）根據實際調整托輥組的相對位置，具體操作為：把皮帶偏移方向的托輥向前移，或把其反向的托輥向后移，如圖3所示。

2）調節滾筒位置，具體操作為：皮帶向右跑偏，右軸承座前移或左軸承座后移;皮帶向左跑偏，左軸承座前移或右軸承座后移。尾部滾筒則正好相反，直到調整到合適的位置為止。

3）安裝皮帶機防偏開關，具體原理為：防偏開關根據皮帶機的跑偏情況及時發出警報，提醒有跑偏出現，當跑偏超過規定值時，自動停機，及時制止，如圖4所示。

圖3 托輥組調整方法示意圖

圖4 皮帶機防偏開關示意圖

4）調整皮帶的張緊程度，具體操作方法為：選用合適的張緊方法，保證皮帶處于張緊狀態，同時，張緊操作時保證皮帶、支撐件的合理位置，保證中心線的重合。

5）調整炭料的下落點，具體操作方法為：用合適的導料槽等裝置，保證散煤落在皮帶中心，一般導料槽寬度要保持在皮帶寬度的2/3。同時在皮帶機上設置擋板，防止炭料中心的偏移。

4 結語

皮帶機發生跑偏與其受力狀態有很大關系，當受力不再平衡時，皮帶就會跑偏。為了有效解決和預防跑偏，必須采取有效的預防手段和控制手段，其基本還是消除和平衡跑偏力。從皮帶機運行時的受力情況分析跑偏原因和糾偏原理，有利于找到最本質的原因，便于有針對性地提出合理高效的解決方案。在治理跑偏過程中，我們總結出一條規律：消除跑偏根源為主，利用糾偏裝置為輔。