基于前傾角托輥受力分析的裝卸設(shè)備尾車輸送帶跑偏原因分析

董海蛟

河北港口集團(tuán)秦皇島港股份有限公司 秦皇島 066000

堆料機(jī)、裝船機(jī)是散物料裝卸生產(chǎn)的主要設(shè)備，其共同的特點(diǎn)是地面輸送帶需爬上設(shè)備的尾車，以實(shí)現(xiàn)物料的堆存。調(diào)研發(fā)現(xiàn)上述設(shè)備在空載向前行走過程中常出現(xiàn)尾車輸送帶跑偏的情況，設(shè)備向后走車時(shí)尾車輸送帶不跑偏，且對(duì)尾車改向滾筒調(diào)整、尾車高低落差調(diào)整、尾車與地面輸送帶同軸度調(diào)整均無明顯改善效果。為了保證設(shè)備向前行走時(shí)尾車輸送帶不跑偏，不得不啟動(dòng)地面輸送帶，跑偏現(xiàn)象才得以糾正，卻帶來較大的能源損失，無形中也增加了設(shè)備的啟停次數(shù)，影響設(shè)備壽命。本文通過對(duì)尾車前傾角托輥進(jìn)行受力分析，找到造成設(shè)備尾車輸送帶跑偏的主要原因，并據(jù)此提出了解決這一問題的方案。

1 尾車輸送帶跑偏規(guī)律性調(diào)查結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查得知，該設(shè)備尾車輸送帶跑偏具有一定的規(guī)律性，當(dāng)設(shè)備向前行走時(shí)尾車輸送帶出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，且跑偏方向不具備規(guī)律性。當(dāng)設(shè)備向后行走時(shí)尾車輸送帶不跑偏，當(dāng)設(shè)備向前行走且地面輸送帶啟動(dòng)時(shí)尾車輸送帶不跑偏。

設(shè)備輸送帶繞行方向如圖1所示，圖中對(duì)設(shè)備及輸送帶運(yùn)行方向進(jìn)行了定義。尾車輸送帶跑偏情況調(diào)查結(jié)果總結(jié)如表1所示。

表1 尾車輸送帶跑偏情況調(diào)查表

圖1 設(shè)備輸送帶繞行方向示意圖

2 尾車輸送帶跑偏原因分析

通過對(duì)尾車輸送帶跑偏情況與設(shè)備行走方向相關(guān)性的調(diào)查，結(jié)合前傾角托輥調(diào)偏原理，初步認(rèn)為與尾車輸送帶在設(shè)備空載前進(jìn)時(shí)的跑偏現(xiàn)象，以及尾車輸送帶承載托輥為前傾角托輥有著直接的聯(lián)系。本文將針對(duì)前傾角托輥進(jìn)行受力分析。

2.1 當(dāng)尾車輸送帶正常運(yùn)行時(shí)或設(shè)備后退時(shí)前傾角托輥受力分析

當(dāng)輸送帶正常運(yùn)行時(shí)，取對(duì)稱于輸送帶中心線的2點(diǎn)A、B為研究對(duì)象，A、B既是輸送帶上的點(diǎn)又是托輥上的點(diǎn)，輸送帶速度矢量分解及前傾角托輥摩擦力矢量分解如圖2、圖3所示。

圖2 輸送帶速度矢量分解示意圖（輸送帶正常運(yùn)行）

圖3 前傾角托輥摩擦力矢量分解示意圖（輸送帶正常運(yùn)行）

輸送帶速度矢量分解式為V帶=V圓+V滑，由于輸送帶與前傾角間存在相對(duì)滑動(dòng)速度V滑，故在輸送帶與前傾角托輥間產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦力FA、FB，圖中的FA阻、FA推、FA垂、FB阻、FB推、FB垂分別為FA、FB在三坐標(biāo)軸上的分力。

根據(jù)《DTII型固定式帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》可知前傾角托輥摩擦阻力為

帶式輸送機(jī)空載時(shí)

式中：C為槽型系數(shù)；μ為輸送帶與托輥間的摩擦系數(shù)，μ=0.3～0.4；L為裝有前傾角托輥的帶式輸送機(jī)長度；qB為單位長度輸送帶質(zhì)量；qG為單位長度輸送物料質(zhì)量；δ為輸送帶在運(yùn)行方向上的傾角；α為托輥前傾角。

式中：b1、b2為A、B兩側(cè)前傾角托輥與輸送帶的接觸長度。

垂直于輸送帶運(yùn)行方向的橫向推力即前傾角托輥調(diào)偏力為

當(dāng)輸送帶發(fā)生跑偏時(shí)調(diào)偏力的合力為

由以上分析可知，當(dāng)輸送帶向A點(diǎn)方向跑偏，輸送帶與A點(diǎn)所在前傾角托輥的接觸長度b1更大，橫向推力FA推更大，輸送帶受到合力ΔF向右的作用力，合力方向與跑偏方向相反，進(jìn)而自動(dòng)向右側(cè)調(diào)整跑偏量；同理當(dāng)輸送帶向B點(diǎn)方向跑偏時(shí)，會(huì)受到合力ΔF向左的作用力，合力方向與跑偏方向相反，最終使輸送帶始終圍繞帶式輸送機(jī)中心線運(yùn)行。

2.2 當(dāng)尾車輸送帶停止運(yùn)行設(shè)備前進(jìn)時(shí)前傾角托輥受力分析

當(dāng)尾車輸送帶停止運(yùn)行設(shè)備前進(jìn)時(shí)，輸送帶相對(duì)于尾車反向運(yùn)行，上述分析中的速度與力的方向全部調(diào)轉(zhuǎn)(見圖4、圖5)，導(dǎo)致輸送帶失去了原有指向中心的橫向推力。由于輸送帶初始狀態(tài)不可能絕對(duì)正，因此，當(dāng)輸送帶最初就向A點(diǎn)方向偏移時(shí)，A點(diǎn)所在的前傾角托輥給予輸送帶向左側(cè)的橫向力FA推大于B點(diǎn)所在前傾角托輥給予輸送帶向右側(cè)的橫向力FB推，輸送帶受到合力ΔF向左的作用力（合力方向與跑偏方向相同），將使輸送帶跑偏量繼續(xù)增大，而隨著輸送帶跑偏量的增加（即b1-b2之差的增大），向左的合力ΔF就會(huì)越來越大，最終造成惡性循環(huán)，輸送帶出現(xiàn)向左不可逆的跑偏現(xiàn)象。

圖4 輸送帶速度矢量分解示意圖（輸送帶反向運(yùn)行）

圖5 前傾角托輥摩擦力矢量分解示意圖（輸送帶反向運(yùn)行）

綜上所述，尾車輸送帶停止運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備前行時(shí)出現(xiàn)輸送帶跑偏現(xiàn)象，是因此時(shí)輸送帶相對(duì)于尾車反向運(yùn)行，導(dǎo)致輸送帶所受調(diào)偏力合力ΔF與跑偏方向一致，輸送帶失去了指向中心的調(diào)偏力，造成了尾車輸送帶跑偏。而尾車輸送帶停止運(yùn)行設(shè)備后退及輸送帶啟動(dòng)時(shí)，輸送帶相對(duì)于尾車屬于正向運(yùn)行，所以前傾托輥始終能給予輸送帶指向中心自動(dòng)調(diào)偏的作用力，故此2種狀態(tài)時(shí)輸送帶不出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。

3 尾車前進(jìn)時(shí)輸送帶跑偏的治理方法

輸送帶跑偏現(xiàn)象主要分為空載跑偏和重載跑偏2種情況，空載跑偏時(shí)要從帶式輸送機(jī)安裝精度、維護(hù)質(zhì)量著手分析原因，重載跑偏時(shí)要從物料下落位置是否準(zhǔn)確這方面分析原因[2，3]。

針對(duì)上述輸送帶跑偏現(xiàn)象，從理論分析過程可知，調(diào)整的方法主要是適當(dāng)增加自動(dòng)調(diào)偏托輥的數(shù)量，使得尾車輸送帶無論相對(duì)于尾車向任何方向運(yùn)行，機(jī)械式自調(diào)偏托輥始終根據(jù)輸送帶的跑偏方向自動(dòng)調(diào)整角度以給予輸送帶足夠的調(diào)偏力。

4 結(jié)語

前傾角托輥的調(diào)偏力是摩擦力，其調(diào)偏原理是使輸送帶兩側(cè)受到的摩擦力合力始終指向輸送帶中心，一旦輸送帶運(yùn)行方向與前傾角托輥的前傾方向相反，非但無法起到調(diào)偏作用，反而起到反作用使得輸送帶越來越偏。需要注意的是，當(dāng)帶式輸送機(jī)上的物料偏載時(shí)，前傾角托輥給予物料偏載側(cè)的輸送帶調(diào)偏力更大，輸送帶在運(yùn)行時(shí)會(huì)向物料非偏載側(cè)跑偏，直到輸送帶與物料的整體重心降低到槽型輸送帶最低點(diǎn)，即與帶式輸送機(jī)中心重合，故前傾角托輥無法解決物料偏載引起的輸送帶跑偏問題。

選用機(jī)械式自調(diào)偏托輥時(shí)需要注意的是，有些型號(hào)的機(jī)械式自調(diào)偏托輥無法解決物料偏載引起的輸送帶跑偏問題，有些型號(hào)的安裝方向錯(cuò)誤會(huì)對(duì)輸送帶調(diào)偏過程起到反作用，故應(yīng)根據(jù)其調(diào)偏原理選用并安裝機(jī)械式自調(diào)偏托輥。對(duì)于解決尾車輸送帶停止運(yùn)行設(shè)備前進(jìn)，輸送帶相對(duì)于尾車反向運(yùn)行時(shí)的跑偏問題，選用有安裝方向的機(jī)械式自調(diào)偏托輥是不適合的。當(dāng)然，設(shè)備使用單位也可以根據(jù)自身情況安裝一些具有電液動(dòng)力的或者具有一定跑偏檢測功能的強(qiáng)制調(diào)偏托輥，以達(dá)到調(diào)整空載跑偏及重載跑偏的作用[4，5]。