皮帶輸送機常見故障與解決措施

馬婭莎

(大同煤礦集團有限公司大斗溝煤業公司，山西 大同 037003)

0 引言

皮帶輸送機結構簡單，環境適應能力強，并且可根據現場需要進行單機作業和多級配合作業，在煤礦等有大規模物料轉運需求的行業被大量使用，并成為物料轉運中的重要一環[1-3]。但實際使用過程，由于井下作業環境惡劣，且輸送距離和負荷不斷增加，導致皮帶輸送機出現皮帶跑偏、減速器故障以及托輥失效等問題[4-6]，為了能夠確保礦井能夠正常完成井下開采的物料的輸送，如何確保皮帶輸送機正常運轉，減少故障率，對礦井高效安全生產起著至關重要的作用。

1 常見故障分析

1.1 分析方法

皮帶輸送機通常由動力機構驅動，經由減速器將動力傳輸到滾筒驅動皮帶轉動，皮帶對物料起到承載作用和牽引作用，其運轉主要依靠滾筒以及輸送機托輥與皮帶間的摩擦作用[1-3]。礦山生產環境較為復雜惡劣，并且部分工段需要隨著生產需要及時對輸送設備進行調整，輸送過程中皮帶、滾筒與托輥等受力不均，設備超載等問題，會導致設備運轉異常和故障，如何行之有效地優化和調整設備結構，加強輸送設備的安全技術管理，能夠減少和避免該型設備的事故發生[10-13]。通過對皮帶輸送機結構和運轉機理的了解，對易發生的故障進行力學分析，減少設備的皮帶跑偏、減速器故障和托輥失效的發生幾率。

1.2 常見故障類型

跑偏問題：導致皮帶輸送機跑偏的因素包含設計、加工和日常維護等諸多因素，裝置本身設計和加工缺陷以及后期使用過程中沒有及時發現和處置相關隱患都會直接導致運輸機膠帶出現跑偏現象，具體包括8方面。①設備本身沒有自動調配裝置，或調偏裝置失效；②設備本身強度過低，輸送機機架由于負載而出現明顯的變形；③設備中起到驅動和調向的驅動滾筒和改向滾筒存在生產加工缺陷，外圓加工出現偏差；④驅動滾筒和改向滾筒安裝位置不到位，安裝位置與中心線出現偏離；⑤設備驅動機構或托輥、軸承等處出現雜物影響設備正常運轉；⑥設備運轉過程中搭接角度和物料拋落位置、高度導致膠帶受力不均；⑦輸送機中清掃、卸料、給料等裝置運轉出現問題，無法正常完成自身工序，導致物料堆積；⑧膠帶磨損，邊緣出現破損沒有及時處理，導致運轉時兩側受力偏斜。

減速機常見故障：減速器故障通常有設計、加工導致的設備質量問題，設備中各相關軸承安裝位置問題，以及運轉過程中的噪聲和振動異常等問題，具體包括3方面。①導致減速器斷軸的因素，一方面是轉軸本身設計強度過低，另一方面高速轉軸的圓角設計過小，2種因素都會導致設備運轉中出現高速軸斷裂，轉軸中軸肩易出現應力集中和金屬疲勞，所以斷裂多位于轉軸中軸肩，而且形成斷面較為平整；②減速機高速軸偏心導致斷軸，動力通過電動機主軸與減速機高速軸進行傳遞，兩者安裝位置出現偏心問題，則電機主軸輸出端與減速機高速軸輸入軸端位置相互間徑向載荷增加，相應承受的彎矩加大，并且由于電機主軸直徑較大，同時多選用45#優質碳素結構鋼等力學較好的材質，破壞位置多位于高速軸的輸入軸端；③提取機角度偏移，出現上述問題的主要原因有以下幾點。連桿內軸套磨損失效，多數由于潤滑問題導致的；調整板松動，該板的固定螺栓由于振動引發的松動；連接件磨損，其回轉軸通常由鍵槽與偏心盤連接，長時間運轉導致其平鍵與鍵槽磨損，出現空隙而影響到提取機角度。

托輥故障與失效：①驅動托輥異常振動與噪聲。皮帶運輸機運轉過程中托輥受到非正常離心力作用產生周期性振動和噪聲，并且以回程托輥產生的振動和噪聲最為明顯。這種離心力主要來自托輥自身質量問題，托輥一般為無縫鋼管焊接而成，托輥加工的壁厚不均會導致其重心與中心偏離形成離心力；另一方面托輥兩端為軸承孔，加工過程該孔的中心與外圓中心出現偏離，也是出現離心力的原因之一。②托輥沖擊破壞。工段中輸送距離超出皮帶輸送機最遠輸送距離或過程需要進行一定的轉向，該情況下需要進行2臺或多臺帶式輸送機進行搭接使用，搭接過程中煤塊掉落會對落煤位置的皮帶和托輥造成一定的沖擊作用，當長期沖擊下會造成膠帶和托輥的變形破壞。通常輸送機的搭接分為直線搭接和變角搭接2種，而影響到托輥沖擊破壞的4個因素為搭接高度H、皮帶運輸機速率v、負載重量Q、煤塊棱角性A。

2 故障處置與裝置優化

2.1 皮帶跑偏故障處置

皮帶跑偏故障的原因有設計、質量、安裝和使用等問題的綜合影響，為了避免皮帶輸送機跑偏現象，一方面需要避免使用問題配件和提高安裝精度，另一方面可以通過以下措施進行故障處置。

調整承載托輥組：該方法適用于皮帶的中部跑偏，但需要對托輥組的安裝孔進行少許調整，增加兩側的安裝孔深度，以便于對托輥組位置進行相應調整。具體調整過程為將皮帶跑偏側的托輥組向前移動，相應另一側會相對后移。

增加調心托輥組：皮帶偏移受到橫向摩擦或其他外力的影響，可以通過增加調心托輥組能夠起到一定的阻隔作用，并產生一個相反的橫向作用力使皮帶進行自動調整，調心托輥組根據作用機理分為中間轉軸式、四連桿式、立輥式等。

驅動滾筒與改向滾筒調偏：皮帶輸送機通過滾筒進行驅動和改向，通常皮帶最少存在2個以上的滾筒，滾筒安裝位置必須與設備走向方向垂直，滾筒安裝位置出現少許偏斜都會最終引起皮帶跑偏。對于由于頭部滾筒安裝位置引起的皮帶偏移的調整可參考托輥組調整的原則，皮帶跑偏側的配套軸承座和滾筒前移，或將皮帶跑偏對側的軸承座后移調整滾筒角度。尾部滾筒調整方式與頭部滾筒調整方式相反。

落料調整：被運輸物料掉落在皮帶會對皮帶和托輥造成沖擊，物料的落點長期偏斜會對皮帶造成側向作用力，造成皮帶跑偏，應相應做出適當調整。皮帶輸送機進行轉角搭接時，落料位置高度和位置對皮帶跑偏的影響更為嚴重，當2個輸送機間高度過低，水平速度相對較大，側向現象更加明顯，造成物料落點不穩定，需要增加兩者間相對高度。

2.2 減速機故障技術改進

減速機的故障改進首先提高減速機和提取機的轉軸結構強度，更換為硬度較高的優質碳素結構鋼等，避免轉軸變形和斷軸現象。確保減速機轉軸與電動機主軸同心，避免轉軸受彎斷軸。完善設備定期檢測制度，定期對提取機角度、設備中連桿、偏心盤、調整板以及軸承進行檢查，及時調整設備角度，并及時更換磨損變形構配件，并確定構配件的更換周期。減速機運轉過程中陽極板會將熱量傳遞給設備液壓系統，潤滑油高溫環境下性質發生變化，潤滑效率下降，并易液化流失，從設備的連接銷等處溢出，造成配件間缺少潤滑而發生磨損，應采用耐高溫的潤滑油。

2.3 緩沖托輥技術改進

工作原理：現場確保托輥組的本身加工質量的前提下，為了防止皮帶搭接處的沖擊破壞，需要對落煤的H、v、Q等因素進行控制，從而降低皮帶和托輥的不必要破壞。除此之外，現場中皮帶輸送機搭接處的托輥多選取具有一定緩沖性能的緩沖托輥，一般通過在托輥表面增加一層橡膠墊圈來進行一定緩沖。但這種方式所起到的緩沖作用仍然是有限制的，較為合理的方式在托輥的連桿機構上增加曲柄滑動模塊，并在滑桿位置增加緩沖彈簧，托輥受到沖擊時，連桿機構出現滑動，并通過彈簧吸收落煤的沖擊力，起到保護托輥機構的作用。如圖1所示，無負載的前提下緩沖托輥機構呈現平衡狀態，緩沖彈簧受自身重力作用，緩沖彈簧處于2個擋皮中間位置。壓縮過程中，連桿會下滑，而彈簧通過二次緩沖作用吸收沖擊。

圖1 改進后的緩沖托輥示意

載荷分類：緩沖托輥設計強度應大于皮帶輸送機運轉過程受到的各類沖擊載荷，在進行相關計算過程中，由于煤巖等物料的棱角性無法進行定量，實際計算過程中主要考慮落煤高度H、皮帶輸送機運轉速率v、物料質量Q這3個主要因素。運輸皮帶分為承載分支與回程分支，并且其受到沖擊載荷，根據力學性質又分為靜載荷和動載荷2類。

承載分支：①靜載荷的計算見式(1)

(1)

式中，Fc—承載分支靜載荷，N；l—承載分支托輥間距，m；k—輥子載荷系數；q—單位長度輸送帶質量，kg/m；Im—單位時間輸送量，kg/s。

②動載荷的計算見式(2)

(2)

回程分支：①靜載荷的計算見式(3)

Fh=k·lh·q·g

(3)

式中，Fh—回程分支靜載荷，N；lh—回程分支托輥間距，m；kh—回程分支輥子載荷系數。

②動載荷的計算見式(4)

(4)

總載荷：總載荷的計算見式(5)

(5)

式中，F—總載荷，N。根據常規煤礦皮帶輸送機的各項參數，選取承載分支托輥間距為1.2 m，回程分支的托輥間距為3 m，承載分支托輥載荷系數設為0.8，回程分支托輥載荷系數為1，皮帶單位長度質量為27 kg/m，皮帶運轉速率為2 m/s，通常每小時皮帶輸送機輸送物料約為20 t，集其單位輸送能力為55 kg/s，運行系數選取1.2，沖擊系數選取1.06，工況系數選取1.1。經過相關計算，則該工況條件下計算出的沖擊載荷為1 049 N，緩沖托輥選擇時其抗沖擊能力應大于該沖擊載荷。實際應用過程中應根據現場實際參數按照上述公式進行沖擊載荷計算，選定合適型號的緩沖托輥。

3 結論

(1)皮帶跑偏受到其本身設計、加工、安裝和使用等因素影響，可以通過調整承載托輥組調偏，增加調心托輥組避免跑偏，通過調整驅動滾筒與改向滾筒起到調偏作用，同時盡量調整落煤位置使其沿皮帶中部掉落減少側向沖擊。

(2)減速機主要出現的問題為斷軸和潤滑失效等問題，更換高強度轉軸，確保減速機高速軸與電動機主軸同心，更換耐高溫的潤滑油避免潤滑效率下降，制定易損件周期表，定期檢查和更換各配件，形成定期檢驗制度。

(3)托輥組失效一方面是加工質量存在缺陷，易出現離心偏轉力，出現異常和破壞，另一方面主要來自物料的長期沖擊，可以通過更換為緩沖托輥有效降低沖擊破壞，并根據沖擊載荷計算確定設計承載力值下限，選取合適的緩沖托輥。