礦用帶式輸送機跑偏原因及調(diào)心托輥糾偏性能研究

焦 榮

（山西晉煤集團晉圣永安宏泰煤業(yè)， 山西 沁水 048205）

引言

帶式輸送機是煤礦井下綜采工作面的重要運輸機械裝備，其運行過程的可靠性對整個采煤生產(chǎn)過程有決定性影響[1]。當(dāng)前階段帶式輸送機正朝著大型化、高速化、高精度化方向發(fā)展[2]。但隨著運輸距離的延長、輸送速度的提升，給帶式輸送機的運行提出了更高的要求，使其在服役過程中出現(xiàn)了一些問題，尤其是皮帶跑偏問題越來越顯著。如果皮帶跑偏問題嚴(yán)重時，可能會造成重大經(jīng)濟損失，甚至造成井下人員傷亡事件[3-4]?；诖?，有必要對礦用帶式輸送機皮帶跑偏現(xiàn)象進(jìn)行深入分析和研究，找到影響皮帶跑偏的因素。對常用的糾偏裝置的糾偏性能進(jìn)行研究，以提升其實際應(yīng)用效果，確保糾偏裝置運行的可靠性[5-6]。本文通過建立仿真模型對礦用帶式輸送機皮帶跑偏問題進(jìn)行研究。

1 帶式輸送機模型的建立

1.1 三維模型的建立

本文以DTL-120 型帶式輸送機為例分析其跑偏現(xiàn)象，探討其跑偏的影響因素。首先根據(jù)該型號的帶式輸送機真實尺寸建立輸送機的三維模型，利用的三維造型軟件為SolidWorks。完成建模工作后將其轉(zhuǎn)換成為Parasolid（.x_t）格式的文件，以便后續(xù)導(dǎo)入到ADAMS 軟件中。需要說明的是，為了簡化計算過程，在建立三維模型時只是建立了一些主要結(jié)構(gòu)以及對皮帶跑偏有影響的機構(gòu)，而對其他一些非核心機構(gòu)進(jìn)行了省略，但是簡化后的模型不會對皮帶跑偏模擬結(jié)果造成影響。

1.2 仿真模型的建立

將從SolidWorks 軟件中導(dǎo)出的三維模型導(dǎo)入到ADAMS 軟件中進(jìn)行進(jìn)一步建模，在此基礎(chǔ)上模擬帶式輸送機皮帶跑偏現(xiàn)象。由于皮帶需要轉(zhuǎn)動，在ADAMS 軟件中將皮帶設(shè)置為柔性體，而其他機構(gòu)全部設(shè)置為剛體。由于機架不會運動，在模型中將機架全部視為地面，各滾筒和托輥全部通過轉(zhuǎn)動副與地面進(jìn)行連接。模型中需要設(shè)置的約束主要包括以下幾個方面：滾筒、托輥與地面之間的轉(zhuǎn)動副、主動滾筒上的驅(qū)動力矩、張緊裝置上的張緊力大小。結(jié)合帶式輸送機實際運行情況準(zhǔn)確設(shè)置上述的幾個約束條件，確保模擬仿真結(jié)果的精確性。圖1 所示為在ADAMS 軟件中建立的帶式輸送機仿真模型。

圖1 ADAMS 軟件中帶式輸送機仿真模型

2 帶式輸送機跑偏過程模擬分析

根據(jù)上文所述的仿真模型進(jìn)行計算分析，可以得到理想狀態(tài)下帶式輸送機的跑偏情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，因為模型中各方面條件設(shè)置得比較理想，使得皮帶并沒有出現(xiàn)跑偏問題。各個托輥沿軸向方向的力同樣可以反映皮帶跑偏問題，理想狀態(tài)下托輥的軸向力應(yīng)該為零。

2.1 托輥軸線與皮帶中心線的垂直問題對皮帶跑偏的影響

為分析托輥軸線與皮帶中心線的垂直問題對皮帶跑偏過程的影響，在仿真模型中將其中一個托輥設(shè)置成一定斜度，見下頁圖2-1。

其他條件不變，開展模擬仿真工作，需要說明的是皮帶運行方向為從左至右。得到的結(jié)果如下頁圖2-2 所示，主要選取了三個位置的皮帶節(jié)點進(jìn)行分析。從圖中可以看出，三個位置的皮帶全部朝向下的方向進(jìn)行跑偏。且在相同時間節(jié)點上，不同位置皮帶跑偏量存在一定差異，頭部位置皮帶具有最大的跑偏量。

圖2 托輥調(diào)整及其對跑偏的影響

2.2 滾筒軸線與皮帶中心線的垂直問題對皮帶跑偏的影響

當(dāng)滾筒軸線與皮帶中心線不垂直時會導(dǎo)致皮帶兩側(cè)的張緊力不一樣，這樣會使皮帶朝著張緊力比較松弛的一側(cè)進(jìn)行跑偏。對仿真模型中的改向滾筒沿順時針方向旋轉(zhuǎn)1°，其他條件不變，再次進(jìn)行仿真模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模擬得到的結(jié)果與實踐經(jīng)驗結(jié)果基本相同。對右側(cè)改向滾筒進(jìn)行順時針旋轉(zhuǎn)后導(dǎo)致皮帶下側(cè)比較松弛，模擬得到的結(jié)果就是皮帶向下跑偏。

2.3 張緊力大小對皮帶跑偏的影響

在帶式輸送機中張緊機構(gòu)是非常重要的機構(gòu)之一，通過張緊機構(gòu)能夠保證皮帶與滾筒、托輥之間的摩擦力達(dá)到使用要求，進(jìn)而保證輸送機的正常工作。為分析張緊力對皮帶跑偏的影響，在模型中分別將張緊力設(shè)置為100 N、200 N、300 N、400 N、500 N、600 N，其他條件不變，對不同張緊力的模型進(jìn)行仿真分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著張緊力的不斷增大，皮帶的最大跑偏量隨之逐漸降低。上述的幾種張緊力對應(yīng)的最大跑偏量分別為1.56 mm、1.20 mm、1.00 mm、0.49 mm、0.42 mm、0.30 mm。

2.4 皮帶運行速度對其跑偏的影響

提升帶式輸送機的運行速度能提升機器設(shè)備的運行效率，皮帶運行速度越大則帶式輸送機的工作效率越高。高速度運行也是未來帶式輸送機發(fā)展的大趨勢。但是過快的速度也會帶來一些問題，速度太快容易導(dǎo)致輸送機出現(xiàn)振動問題，進(jìn)而影響皮帶的運行穩(wěn)定性，最終引發(fā)跑偏現(xiàn)象。為了分析皮帶運行速度對其跑偏的影響，在模型中分別將皮帶運行速度設(shè)置為0.1 m/s、0.2 m/s、0.3 m/s、0.4 m/s、0.5 m/s、0.6 m/s，其他條件不變，對模型進(jìn)行仿真分析?；诜抡婺M結(jié)果發(fā)現(xiàn)，皮帶的最大跑偏量隨著運行速度的增加逐漸增加。與上述的幾個運行速度對應(yīng)的最大跑偏量分別為0.48 mm、0.88 mm、1.23 mm、1.53 mm、1.88 mm、2.25 mm。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，皮帶最大跑偏量和皮帶運行速度之間存在線性比例關(guān)系。因此，為避免皮帶發(fā)生跑偏問題，需要結(jié)合實際情況設(shè)置帶式輸送機運行速度。

3 調(diào)心托輥糾偏性能的仿真分析

帶式輸送機在實際應(yīng)用過程中，由于煤礦井下工作環(huán)境比較復(fù)雜，皮帶跑偏是不可避免的問題，只能采取措施對其進(jìn)行控制，避免皮帶出現(xiàn)嚴(yán)重的跑偏現(xiàn)象。為了對皮帶跑偏問題進(jìn)行有效控制，通常都會設(shè)置糾偏裝置。本文對常用的調(diào)心托輥糾偏性能進(jìn)行仿真模擬。

3.1 偏轉(zhuǎn)角度對糾偏性能的影響分析

部分人員認(rèn)為當(dāng)調(diào)心托輥偏轉(zhuǎn)角度越大時，其糾偏性能隨之變大。但是調(diào)心托輥偏轉(zhuǎn)角度不能過大，一般需要控制在25°以內(nèi)。在本文建立的帶式輸送機仿真模型中選擇其中一個上托輥，將其偏轉(zhuǎn)不同的角度，其他條件不變，對具有不同偏轉(zhuǎn)角度的模型進(jìn)行仿真分析。如圖3 所示為調(diào)心托輥偏轉(zhuǎn)角度對其糾偏性能的影響規(guī)律曲線。

圖3 調(diào)心托輥偏轉(zhuǎn)角度對其糾偏性能的影響規(guī)律曲線

由圖可知，當(dāng)調(diào)心托輥偏轉(zhuǎn)角度小于12°時，隨著偏轉(zhuǎn)角度的不斷增加，其糾偏性能隨之幾乎呈線性增加。當(dāng)調(diào)心托輥偏轉(zhuǎn)角度為12°時，其糾偏性能達(dá)到最大值。當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)一步增大時，其糾偏性能隨之逐漸降低?；诜治鼋Y(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，并不是調(diào)心托輥偏轉(zhuǎn)角度越大，其糾偏性能就越好。調(diào)心托輥的偏轉(zhuǎn)角度應(yīng)該控制在一定范圍內(nèi)才能夠達(dá)到最優(yōu)的效果，過大的偏轉(zhuǎn)角度反而可能降低其糾偏性能。

3.2 正壓力對糾偏性能的影響分析

皮帶與調(diào)心托輥之間的正壓力會對其糾偏性能產(chǎn)生一定程度的影響。為了分析正壓力對調(diào)心托輥糾偏性能的影響，在仿真模型中改變皮帶與調(diào)心托輥之間的正壓力值，其他條件不變，進(jìn)行仿真模擬。如下頁圖4 所示為調(diào)心托輥正壓力對其糾偏性能的影響規(guī)律曲線。

圖4 調(diào)心托輥正壓力對其糾偏性能的影響規(guī)律曲線

從圖4 中數(shù)據(jù)可以看出，隨著調(diào)心托輥正壓力逐漸增大，其糾偏性能隨之呈現(xiàn)線性增長的趨勢。帶式輸送機在空載運行時，皮帶與調(diào)心托輥之間的正壓力相對較小，導(dǎo)致其糾偏能力相對較小。而帶式輸送機在正常工作時，會使得調(diào)心托輥與皮帶之間的正壓力相對較大，此時調(diào)心托輥擁有較好的糾偏性能。從這一角度看，帶式輸送機裝載的煤礦越多，調(diào)心托輥糾偏能力越強。

4 結(jié)論

跑偏現(xiàn)象是礦用帶式輸送機工作過程中不可避免的問題，會對帶式輸送機的正常工作產(chǎn)生不利影響。基于ADAMS 軟件建立帶式輸送機皮帶跑偏現(xiàn)象仿真模型并進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：托輥、滾筒軸線與皮帶中心線不垂直時會導(dǎo)致皮帶出現(xiàn)顯著的跑偏現(xiàn)象，張緊力和運行速度也是影響皮帶跑偏問題的重要因素。調(diào)心托輥糾偏性能方面，隨著調(diào)心托輥偏轉(zhuǎn)角度的增大其糾偏性能先逐漸升高而后開始逐漸降低。隨著皮帶與調(diào)心托輥間正壓力的逐漸增大，其糾偏性能隨之線性增加。