帶式輸送機自動調心托輥的優化設計探析

呂 超

（晉能控股煤業集團馬脊梁礦， 山西 大同 037001）

1 調心托輥研究

在一般狀況下，多種原因導致了輸送帶（或膠帶）有跑偏問題產生，如不當安裝、制造、設計等，而且若輸送帶有跑偏問題出現就會造成不少的不良結果，比方說磨損膠帶、灑料等，若在嚴重點就會對人身安全產生非常大的影響，所以，在設計輸送機的規范中就要求把調心托輥進行安裝（又稱作膠帶糾偏裝置）。

現在，調心托輥被安裝在一般輸送機中，而且其調心托輥絕大部分是為TD75 型帶式輸送機系列的符合規范的產品，圖1 就是TD75 型帶式輸送機系列調心托輥圖。從圖中可以看出，立輥與托輥輥子被設置到了槽形梁中，而且相應的數量與位置分別是立輥的數量是2 個，其位置是位于左、右兩側，托輥輥子的數量是3 個而且這3 個托輥輥子是相互平行的，托輥輥子和立輥兩者的軸線在沒有在相同的平面中，偏心距中的其中一個，旋轉機構把主梁與槽形梁連接在一起，旋轉機構和托輥兩者的軸線是在相同的平面中，以旋轉機構軸線為中心，槽形梁能夠圍繞這一中心相較于主梁旋轉。此種對調心托輥進行糾偏的工作原理為[1-2]：在有跑偏情況出現在輸送帶中時，比如說向左側偏（如下頁圖2 所示），左側的立輥就會和輸送帶有碰撞發生，并給向左側的一個力F1施加到立輥，因為偏心距e 存在于旋轉中心與立輥中，所以，F1會圍繞旋轉中心產生偏轉力矩（F1e），而且其力矩（F1e）會把槽形梁沿著順時針方向旋轉成一個必然的角度α。

圖1 TD75 型帶式輸送機系列調心托輥

按照速度合成的基本原理，在偏轉以后，膠帶順著輥子軸線所在的方向所具有的相對速度Vr與輥子所具有的線速度Ve（或牽引速度）的矢量和就等于膠帶所具有的絕對速度V。就是在槽形梁發生偏轉之后，輥子和膠帶兩者之間就有與輥子軸線方向相同的的相對運動產生。而且膠帶與輥子有相對運動，所以一定有摩擦力F 產生，輥子會與膠帶產生摩擦力F，而且摩擦力和相對運動兩者的方向是相反的。對F 力進行分解，分別是Fj、Fz，Fj代表為糾偏力，是垂直于運行膠帶的方向并對著輸送機中心線的力，Fz代表為附加阻力，是相反于膠帶運行方向的力，Fj可以膠帶從跑偏的帶到正確位置[3-4]。

2 改進TD75 型帶式輸送機系列的調心托輥

2.1 存在的不足

1）滑動軸承被旋轉機構所應用，由于工作環境比較惡劣導致滑動軸承不能靈活轉動，幾乎無法使自動糾偏得以實現；

2）因為輥子和旋轉機構兩者的軸線在相同的平面中，輥子與膠帶兩者會有摩擦力F 產生，而且摩擦力F 一直相交于旋轉機構的軸線，在下頁圖2 中能夠得知，在槽形梁發生偏轉以后，盡管膠帶現在所處的是正確位置（就會使F1消失），可是槽形梁依然維持著偏轉的狀況，無法自動回到其正確位置。唯有待膠帶向右側偏并撞擊右立輥以后，才能使槽形梁進行逆時針轉動，所以，當調心托輥在運行過程中，槽形梁可以維持穩定的位置有兩個，分別是逆時針轉動、順時針旋轉，無法進行合時的糾偏；

圖2 托輥受力分析圖

3）在膠帶碰擊立輥時，兩者為點接觸，若帶速比較高，較大的撞擊力，極易將膠帶損傷。

2.2 改進方案的實施

關于上述介紹的該調心托輥結構上不足，新型的自動調心托輥被研制出來，新型的自動調心托輥的安裝方法、外形和TD75 型調心托輥大致一樣，可是對以下結構做出非常大的改進，如立輥、槽形梁、旋轉機構等。如圖3 所示。

圖3 新型調心托輥

在糾偏原理方面，兩者的是一樣的，新型調心托輥相較于TD75 型調心托輥有所改進的方面為[5]：

1）旋轉機構的軸線和托輥輥子的軸線不在相同的平面中，從圖4 中可以看出，在膠帶偏向左側時，膠帶就會碰擊到左立輥，并產生碰撞力F1，并且碰撞力F1會作用到托輥輥子，使其順時針轉動，進而有角度產生，就會推動膠帶盡快處在正確位置，若膠帶已經處在正確位置，立輥就會和膠帶脫離，所以F1就會消失，輥子由于膠帶所產生的摩擦力F 會圍繞著旋轉中心產生力矩（Fel），而且力矩（Fel）可以把槽形梁回到運輸機中心線，就不會有偏轉發生在槽形梁中；

圖4 新型調心托輥受力分析圖

2）組合結構被旋轉機構所應用，組合結構包括滾動推力軸承與滾動球軸承，其組合不僅能夠靈活轉動，而且還安裝了密封裝置，能夠保證旋轉機構可以在工況十分惡劣時運行的可靠性[6]；

3）特殊立輥的使用，特殊立輥的表面是雙曲線，平行于膠帶側面的平面就是立輥軸線所在的位置，而且其偏轉的方向與反向于膠帶運行的方向成30°，立輥和膠帶有碰撞發生時，其碰撞點將不再為前者的點接觸了，并且其前者是一般圓柱的表面，卻是圖5 中一樣的長線，使接觸面積增加，使碰撞壓強減小，防止膠帶被損傷。

圖5 立輥與膠帶接觸受力示意圖

3 結語

新型調心托輥相較于TD75 型調心托輥有所改進，解決了原帶式輸送機調心托輥如安裝、制造、設計不當在運行過程中造成的磨損膠帶、灑料等問題，其適應性強，性能可靠，使用便捷，免維護，實現了輸送機自動糾偏，保證了輸送設備在惡劣工況下仍能正常運行。該托輥在煤礦中得到了廣泛應用，取得了良好的經濟及社會效益。