帶式輸送機(jī)滾筒表面磨損仿真分析及控制

邢桂霞

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)煤峪口礦調(diào)度室， 山西 大同 037003）

引言

帶式輸送機(jī)是進(jìn)行煤炭輸送的主要設(shè)備，在煤炭生產(chǎn)中具有重要的作用。滾筒作為帶式輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)輸送帶的部件，對(duì)于帶式輸送機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要的影響。隨著煤炭開(kāi)采效率的提升，帶式輸送機(jī)的輸送性能也向著大型化的方向發(fā)展，對(duì)滾筒的運(yùn)行提出了較高的要求。由于在煤炭的輸送過(guò)程中，帶式輸送機(jī)的使用壽命較長(zhǎng)，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，滾筒容易產(chǎn)生磨損失效現(xiàn)象，對(duì)煤炭的輸送生產(chǎn)造成一定的影響。高性能耐磨的滾筒是重點(diǎn)研究發(fā)展的方向，針對(duì)滾筒的磨損進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的措施控制滾筒的磨損，對(duì)于避免滾筒失效現(xiàn)象的發(fā)生，保證帶式輸送機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。

1 滾筒膠面磨損分析

滾筒作為驅(qū)動(dòng)及制動(dòng)部件，在與輸送帶的接觸過(guò)程中，其外層的筒皮也會(huì)產(chǎn)生一定的磨損，常采用在外表面進(jìn)行包膠的形式避免筒體的磨損，在實(shí)際使用過(guò)程中，外層包膠也存在磨損。對(duì)于膠面的磨損，容易造成帶式輸送機(jī)的損壞或者輸送帶的跑偏，不利于煤炭的輸送。造成膠面磨損的主要原因是滾筒與輸送帶之間產(chǎn)生滑動(dòng)，引起磨損。

滾筒使用過(guò)程中造成滑動(dòng)的因素較多，包括輸送帶張緊力的大小、滾筒的滑動(dòng)角、輸送帶的結(jié)構(gòu)形式、摩擦系數(shù)等，這些不同的因素共同作用于滾筒外側(cè)膠面，使得滾筒產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，引起膠面的磨損。此外，在煤炭輸送的過(guò)程中，當(dāng)輸送帶與滾筒之間存在著散落的煤炭顆粒時(shí)，在輸送帶壓力下，顆粒物會(huì)加速滾筒膠面的磨損，并且顆粒物包覆在滾筒膠面上，損傷了滾筒膠面，使得膠面的磨損不均，抗拉強(qiáng)度降低，造成膠面的磨損加劇。

避免膠面顆粒物引起的磨損應(yīng)保證滾筒在使用中盡量密閉，減小顆粒物附著。針對(duì)滾筒膠面磨損打滑的因素，采用MATLAB 仿真分析的方式對(duì)參數(shù)的影響作用進(jìn)行定量分析，從而更好地控制膠面的磨損。

2 滾筒膠面磨損的仿真分析

針對(duì)影響滾筒打滑的因素，采用定量分析的方式進(jìn)行仿真運(yùn)算，依據(jù)某帶式輸送機(jī)型號(hào)，設(shè)定滾筒的直徑為200 mm，摩擦系數(shù)為0.3，滾筒的膠面抗拉強(qiáng)度為2 GPa，采用MATLAB 進(jìn)行仿真分析。

2.1 滑動(dòng)角引起的磨損分析

滑動(dòng)角對(duì)膠面的磨損具有重要的影響，針對(duì)滑動(dòng)角的影響進(jìn)行分析。在MATLAB 軟件中設(shè)定滾筒的狀態(tài)，在不同的滑動(dòng)角下進(jìn)行膠面磨損的運(yùn)算，在輸送帶張力穩(wěn)定的工況下，得到滾筒膠面磨損的變化如圖1 所示。從圖1 中可以看出，在滑動(dòng)角逐漸增加的過(guò)程中，滾筒膠面的磨損呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，并且角度在變化的過(guò)程中，磨損率的增加幾乎保持一致。因此，在膠面磨損中，滑動(dòng)角的影響較大，需要控制滾筒的滑動(dòng)角。在使用過(guò)程中，當(dāng)存在磨損較為嚴(yán)重時(shí)，可以依據(jù)實(shí)際工況調(diào)整滾筒的位置，從而減小滑動(dòng)角度，降低滾筒的膠面磨損。

2.2 輸送帶張力引起的磨損分析

改變滑動(dòng)角的，會(huì)對(duì)輸送帶的張力產(chǎn)生影響，增加輸送帶的張力，有利于提高帶式輸送機(jī)的牽引輸送能力，但同時(shí)也會(huì)增加滑動(dòng)角，不利于減小滾筒膠面的磨損，因此，針對(duì)輸送帶的張力作用進(jìn)行仿真分析。

圖1 滾筒膠面磨損隨滑動(dòng)角的變化曲線

采用MATLAB 軟件設(shè)定滾筒的狀態(tài)，不同的張力下對(duì)滾筒的膠面磨損進(jìn)行分析，得到如圖2 所示的磨損變化曲線。從圖2 中可以看出，在張緊力較低時(shí)，滾筒的磨損較小，當(dāng)張緊力增加到一定值后，滾筒的磨損量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)較大的增加。在滾筒的張緊過(guò)程中，對(duì)于輸送帶的張緊力應(yīng)確定最優(yōu)的數(shù)值，避免滾筒的較大磨損。

圖2 滾筒膠面磨損隨輸送帶張力的變化曲線

由于滑動(dòng)角和輸送帶的張力相關(guān)，為直觀地觀測(cè)兩者對(duì)滾筒膠面磨損的影響，在兩者同時(shí)變化的過(guò)程中，對(duì)滾筒的磨損進(jìn)行仿真，得到如圖3 所示的滾筒膠面磨損變化圖。從圖3 中可以看出，在兩者之中，輸送帶的張力對(duì)于滾筒的磨損影響作用較大，對(duì)于輸送帶的張力進(jìn)行控制是減小磨損優(yōu)先考慮的方法。輸送帶的張緊力大小一般由張緊滾筒進(jìn)行調(diào)整，因此，張緊滾筒的位置對(duì)于減小滾筒膠面磨損具有重要的影響，因此要選擇合適的張緊滾筒位置。

2.3 輸送帶鋼絲直徑引起的磨損分析

在帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，依據(jù)運(yùn)量的大小進(jìn)行輸送帶的選擇，但在使用過(guò)程中，輸送帶內(nèi)部的鋼絲直徑對(duì)輸送帶的抗拉強(qiáng)度具有較大影響。輸送帶鋼絲直徑的大小不同，對(duì)于輸送帶作用于滾筒上的壓力不同，從而影響到滾筒的膠面磨損。針對(duì)輸送帶的鋼絲直徑變化進(jìn)行仿真分析。

圖3 滾筒膠面磨損隨滑動(dòng)角及張力的變化趨勢(shì)

采用MATLAB 軟件設(shè)定滾筒及輸送帶的工況，得到如圖4 所示的滾筒膠面磨損的變化曲線。從圖4 中可以看出，在輸送帶的鋼絲直徑變化的過(guò)程中，滾筒的膠面磨損呈現(xiàn)較快減小的趨勢(shì)，較大的鋼絲直徑有利于降低滾筒的膠面磨損，鋼絲直徑到達(dá)一定值后，對(duì)于滾筒的磨損作用較小。因此，在進(jìn)行輸送帶的設(shè)計(jì)選擇過(guò)程中，應(yīng)選擇較大的鋼絲直徑，確定合理的輸送帶強(qiáng)度，降低滾筒的膠面磨損。

圖4 滾筒膠面磨損隨輸送帶鋼絲直徑的變化曲線

3 結(jié)論

帶式輸送機(jī)在使用過(guò)程中，由于滾筒與輸送帶之間的打滑，容易造成滾筒表面的膠面磨損，引起帶式輸送機(jī)運(yùn)行的偏差，影響煤炭的輸送。對(duì)帶式輸送機(jī)滾筒打滑的因素采用MATLAB 進(jìn)行仿真分析。結(jié)果表明，滑動(dòng)角、輸送帶的張力及輸送帶鋼絲直徑對(duì)于滾筒的膠面磨損均具有較大的影響，減小滑動(dòng)角、減小輸送帶張力及增加輸送帶鋼絲直徑有利于減小滾筒的膠面磨損，其中滑動(dòng)角和輸送帶張力作用相互關(guān)聯(lián)，應(yīng)以減小輸送帶張力為主進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)采取相應(yīng)的措施，控制滾筒的膠面磨損，從而延長(zhǎng)滾筒的使用壽命，提高帶式輸送機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性，從而更好地進(jìn)行煤炭的輸送。