隧道掘進(jìn)機(jī)后配套皮帶機(jī)防跑偏設(shè)計(jì)

□黃圣玲□周 俊□李 威

1北方重工集團(tuán)有限公司 隧道掘進(jìn)裝備分公司 沈陽 110141

2北方重工集團(tuán)有限公司 熱處理分公司 沈陽 110141

1 設(shè)計(jì)背景

目前，皮帶機(jī)已成為我國隧道掘進(jìn)機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)的主要運(yùn)輸設(shè)備。皮帶機(jī)具有輸送量大、效率高、能源消耗少、運(yùn)行費(fèi)用低、可大傾角運(yùn)輸、工作平穩(wěn)可靠、噪聲小、結(jié)構(gòu)簡單、布置形式靈活等優(yōu)勢(shì)[1]，對(duì)物料的適應(yīng)性強(qiáng)，可以用于輸送黏土、砂礫、巖石等物料。

皮帶機(jī)運(yùn)行中，如果皮帶的中心線與皮帶機(jī)的中心線偏離較大，即產(chǎn)生皮帶跑偏。皮帶跑偏在物料輸送過程中經(jīng)常發(fā)生，是造成皮帶撒料、邊緣磨損和撕裂的主要原因。由于皮帶的價(jià)格較貴，因此皮帶跑偏不但影響安全生產(chǎn)，而且還會(huì)縮短皮帶的使用壽命，造成經(jīng)濟(jì)損失[2]。另外，后配套皮帶機(jī)是隧道掘進(jìn)機(jī)施工中輸料系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它的安全、穩(wěn)定運(yùn)行直接影響到隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速度，即直接影響施工工期。皮帶跑偏是后配套皮帶機(jī)最常見的故障，因此，對(duì)皮帶跑偏進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確處理是后配套皮帶機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障[3]。

2 皮帶跑偏主要因素

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，皮帶機(jī)的生產(chǎn)制造質(zhì)量、安裝精度、布置形式、結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)等方面存在問題，是造成皮帶跑偏的主要因素，具體包括：①驅(qū)動(dòng)滾筒和改向滾筒外圓的圓柱度制造誤差較大；②機(jī)架的剛度差，產(chǎn)生較大變形；③單側(cè)托輥的軸承轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活，或托輥上沾有較多臟雜物；④設(shè)計(jì)時(shí)未采用調(diào)偏裝置或調(diào)偏裝置運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活；⑤硫化皮帶時(shí)兩邊搭界處不平直，或兩邊中心線不重合；⑥或皮帶老化變形，邊緣磨損嚴(yán)重；⑦驅(qū)動(dòng)滾筒與改向滾筒的中心線不平行；⑧驅(qū)動(dòng)滾筒或改向滾筒的中心線與機(jī)架中心線不垂直；⑨給料位置不合理或清掃器的安裝位置有誤差[4]。

造成皮帶跑偏的因素有很多，但最終原因都是皮帶在運(yùn)動(dòng)過程中受力不平衡，形成了垂直于帶速方向的水平分速度。

隧道掘進(jìn)機(jī)由于后配套拖車上需要布置其它設(shè)備，導(dǎo)致后配套皮帶機(jī)布置空間較小，布置形式受限。筆者設(shè)計(jì)的后配套皮帶機(jī)額定有600 m的轉(zhuǎn)彎半徑，且在實(shí)際掘進(jìn)過程中還需要有500 m的最小轉(zhuǎn)彎半徑，這些不利因素使后配套皮帶機(jī)更容易產(chǎn)生皮帶跑偏。皮帶機(jī)布置形式如圖1所示。

圖1 皮帶機(jī)布置形式

3 皮帶機(jī)防跑偏設(shè)計(jì)改進(jìn)

3.1 傳統(tǒng)方法

基于以上分析，傳統(tǒng)上主要通過設(shè)置托輥來對(duì)后配套皮帶機(jī)進(jìn)行防跑偏控制。

在設(shè)計(jì)皮帶機(jī)時(shí)，選用適當(dāng)?shù)纳?、下托輥可有效起到防偏和糾偏的作用。目前皮帶承載段常用的調(diào)偏托輥有自動(dòng)調(diào)心托輥、前傾托輥、錐形上調(diào)心托輥、摩擦上調(diào)心托輥等，其中以自動(dòng)調(diào)心托輥、前傾托輥使用最多。用于皮帶空載段的調(diào)偏托輥有下平行自動(dòng)調(diào)心托輥、V形前傾托輥、平行梳型托輥等。各種托輥的工作原理不同，糾偏效果也不一樣，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)具體設(shè)計(jì)條件和實(shí)際使用需要，選擇相應(yīng)的托輥，以取得良好的防跑偏效果。

結(jié)合傳統(tǒng)方法和盾構(gòu)機(jī)后配套皮帶機(jī)現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，筆者進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而大大改善了皮帶跑偏的狀況。

3.2 浮動(dòng)支撐

每段架體安裝兩處調(diào)節(jié)螺桿，浮動(dòng)支撐主要由螺桿、旋轉(zhuǎn)軸和支撐架等組成，如圖2所示。

由圖2可見，可以通過調(diào)節(jié)螺桿的長度來調(diào)節(jié)架體的傾斜度，從而大幅調(diào)整架體傾斜角度，以改善皮帶跑偏。在后配套皮帶機(jī)布置時(shí)有600 m的轉(zhuǎn)彎半徑，在安裝后配套皮帶機(jī)時(shí)需要通過調(diào)節(jié)浮動(dòng)支撐，將架體調(diào)整到一定角度，以防止皮帶跑偏。在實(shí)際輸送物料過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況糾偏，如果皮帶向左邊跑偏，就需要調(diào)長螺桿的中間段長度，使架體向右偏轉(zhuǎn)。反之同理。

圖2 浮動(dòng)支撐示意圖

同時(shí)，下托輥采用V形托輥的形式，相對(duì)于常用的平行下托輥，能有效阻止皮帶向一邊偏移。

3.3 擋輥

每段架體的兩端各布置兩對(duì)上擋輥和下?lián)踺?，如果皮帶運(yùn)行時(shí)向一邊跑偏，擋輥向皮帶施加一個(gè)反方向作用力，使皮帶強(qiáng)行復(fù)位。與此同時(shí)，由于擋輥與皮帶邊緣的摩擦作用，降低了皮帶跑偏側(cè)的線速度，相對(duì)提高了皮帶另一側(cè)的線速度，使皮帶逐漸向另一側(cè)移動(dòng)，直至復(fù)位[5]。

3.4 滾筒

從滾筒的形狀方面考慮，為了減少皮帶跑偏現(xiàn)象，皮帶機(jī)的滾筒制造成中間大兩頭小的雙錐形，錐度一般為1∶100[6]。采用此種結(jié)構(gòu)，可以在一定程度上減少皮帶跑偏現(xiàn)象。

另外，滾筒的中心線安裝位置必須垂直于皮帶機(jī)長度方向的中心線，否則易造成皮帶兩側(cè)張力不等，影響皮帶運(yùn)行。若偏斜過大，則必然引發(fā)跑偏。在設(shè)計(jì)改進(jìn)中，滾筒兩側(cè)均增加了絲杠調(diào)節(jié)，如圖3所示。

圖3 滾筒改進(jìn)示意圖

采用改進(jìn)后的滾筒，皮帶運(yùn)行時(shí)不論空載、重載都向一側(cè)跑偏，則可以反復(fù)調(diào)整滾筒兩端的絲杠長度，直至將皮帶調(diào)整到理想位置。滾筒調(diào)整是皮帶跑偏調(diào)整的重要環(huán)節(jié)[7]，若皮帶向滾筒的右側(cè)跑偏，則右側(cè)的軸承座應(yīng)當(dāng)向后移動(dòng)；若皮帶向滾筒的左側(cè)跑偏，則左側(cè)的軸承座應(yīng)當(dāng)向后移動(dòng)；也可相應(yīng)地將左側(cè)或右側(cè)軸承座前移[8-9]，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整直至皮帶回到較理想位置。

3.5 跑偏開關(guān)

每臺(tái)皮帶機(jī)的皮帶架上根據(jù)皮帶長短，對(duì)稱安裝不同數(shù)量的兩級(jí)皮帶跑偏開關(guān)。一級(jí)10°輕度跑偏時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。二級(jí)18°重度跑偏時(shí)，系統(tǒng)停機(jī)。由于隧道掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過程中不斷地變化轉(zhuǎn)彎半徑，再加上其它因素的影響，導(dǎo)致皮帶的運(yùn)行狀況不斷變化。安裝跑偏開關(guān)后，可有效檢測(cè)皮帶是否跑偏。如果報(bào)警，就需要檢查皮帶運(yùn)行情況，確認(rèn)影響皮帶的不良因素，這樣能有效預(yù)防撒料及皮帶磨損等嚴(yán)重情況[10]。如果重度跑偏，系統(tǒng)停機(jī)，能有效預(yù)防安全事故和防止皮帶損傷。

4 結(jié)論

解決隧道掘進(jìn)機(jī)后配套皮帶機(jī)跑偏問題，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，不僅可以延長皮帶的使用壽命，而且可有效防止皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生撒料及安全事故，從而提高隧道掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速度。筆者在實(shí)際應(yīng)用中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，通過增加浮動(dòng)支撐和擋輥、改進(jìn)滾筒及增加跑偏開關(guān)等改進(jìn)設(shè)計(jì)，取得了良好的皮帶機(jī)防跑偏效果。

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