帶式輸送機防打滑措施研究

王莉萱

（同煤集團同家梁礦， 山西 大同 037025）

1 帶式輸送機防打滑技術的現狀研究

目前國內對帶式輸送機打滑研究是建立在撓性摩擦歐拉式上，并根據生產實際工況設計出防滑結構或部件，如采用調心托輥組、抗跑偏裝置等結構[1-2]；設備組裝時增加輸送帶和滾筒垂直等垂直度的調節，在運營過程中強化設備管理，尤其是過載發生后必須調節張緊裝置[3-4]。

帶式輸送機的核心部件是驅動滾筒，其表面摩擦系數直接影響了打滑效果。技術人員在滾筒表面采用包膠形式，并在表面設置人字形或菱形網狀溝槽，如圖1 所示，溝槽可以增大摩擦系數，并可以容納水等雜物，防止運行中摩擦系數降低。近幾年，技術人員研究采用陶瓷襯套滾筒來提高摩擦系數和耐磨性，使其可以適應多種復雜的運行環境。

圖1 人字形溝槽滾筒

2 帶式輸送機打滑機理和力學分析

企業常用的輸送帶結構為橡膠加帶芯的復合結構，運行過程中受力比較復雜，輸送帶變形量與受到力的大小、時間、載荷變化頻率、工作環境溫度相關，應力與應變呈非線性變化，輸送帶在被拉伸過程中彈性模量是動態變化值。輸送帶恒定受力時存在一段內會被伸長的蠕變行為；輸送帶運行載荷頻率也會使輸送帶產生變形量不均勻的現象，且載荷變化時，輸送帶的變化滯后于力值的變化；輸送帶在長時間運行中產生的應力具有指數衰減的特性。因此需要建立相對復雜的模型對輸送帶進行描述，描述輸送帶材料黏彈性力學特性材料模型有三種：Voigt 模型、Maxwell 模型、三元件模型，其中Maxwell 模型較為準確。

彈性模型應力和應變的關系：

黏性模型應力和應變的關系：

總應變量：

總應力：

Maxwell 模型對總應力和應變的關系：

式中：σ 為應力；ε 為應變；E 為彈性模量；η 為理論黏性系數。

Maxwell 數學模型綜合考慮彈性變化和黏性變化階段，對輸送帶應變和黏彈性體應力松弛描述相對準確，模型如圖2 所示。

傳統的計算方程撓性體歐拉方程打滑式，簡化輸送帶為撓性體，在工作過程縱向纖維軸線方向之間無相互作用力，然而根據工程實際測量可以得出輸送帶為黏彈性體，繞滾筒運動變形時，橫縱方向變化會互相影響，并使輸送帶產生打滑現象。以輸送帶兩個方向拉應力和彎曲剪力建立打滑模型計算打滑行為。由于輸送帶軸向受力分析受到載重分布的影響，滾筒和輸送帶的接觸壓力不均勻，但該因素影響程度較低，故此默認為軸向應力均勻分布。

圖2 Maxwell 模型

分析輸送帶和滾筒接觸區周向受力，取中心角dα對應的段圓周微元弧長度dl進行分析，如圖3所示。

圖3 輸送帶微圓弧受力分析

3 仿真模型的參數設置

對帶式輸送機進行仿真，利用仿真軟件和計算機采用虛擬模型進行計算，選用RecurDyn 軟件建立帶式輸送機仿真模型，直觀分析輸送機打滑過程。設置仿真初始參數：輸送帶初始張緊力S0=5 094 N，驅動滾筒半徑R=1 000 mm，輸送帶厚度h 初始為14.1 mm，初始圍包角α 取值180°，輸送帶和驅動滾筒之間摩擦系數μ 初始設定為0.3，運算中摩擦系數設置為與切線速度有關的函數，輸送帶和托輥間摩擦系數設定0.35，帶式輸送初始速度為0。由于初始張緊力、摩擦系數、圍包角是影響打滑的關鍵因素，因此將其他因素固定，只改變其中的一個參數進行仿真計算，初始張緊力在4 000～7 000 N 范圍變化時對帶式輸送機進行數值仿真，圍包角在180°～360°范圍內變化。圖4 為初始張緊力為4 000 N 計算結果。

通過RecurDyn 軟件計算可以看出，輸送機防滑能力與初始張緊力、圍包角、摩擦系數參數成正比，也和企業生產過程經驗相吻合。

4 帶式輸送機防打滑措施的效果驗證

某煤礦主斜井采用一臺上運帶式輸送機，運量為260 t/h，提升高212.2 m，運營過程中打滑事故問題較為嚴重，尤其是在輸送機啟停過程中，打滑問題尤為突出。帶式輸送機工作制度16 h/d，輸送機傾角4°～25°，滾筒圍包角200°。

利用RecurDyn 軟件對輸送機運行工況進行數值分析計算，得出打滑原因為：設計選型時忽視了特種阻力存在，選用電機功率小，造成滾筒圓周驅動力不足；設計計算未將防滑安全因素納入計算，設計規定的初始張緊力不足；輸送機滿載時啟停頻繁，缺少相應的經驗取值和控制機構。

圖4 初始張緊力為4 000 N 時帶式輸送機打滑仿真圖

分析某煤礦輸送機打滑原因后，對輸送機進行適應性防滑措施改進，增加20%的初始張緊力，在滾筒和輸送帶界面涂抹松香末，保持其摩擦力的穩定，適當選用較薄輸送帶，增加帶的柔度，并增加啟停過程的控制系統，保證加速度的恒定，減少載荷沖擊。

5 結論

針對帶式輸送機普遍存在的打滑問題，建立數值模型分析多種因素對打滑的影響，獲得控制打滑的最佳手段，通過理論和生產驗證計算的一致性。該方法對控制輸送帶打滑問題具有很好的指導意義。