帶式輸送機(jī)智能糾偏裝置的應(yīng)用研究

任鵬軍

（山西潞安集團(tuán)左權(quán)阜生煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032600）

帶式輸送機(jī)是一種廣泛應(yīng)用在煤炭運(yùn)輸中的大型機(jī)電設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)。隨著輸送機(jī)不斷朝著長距離、大運(yùn)量、高帶速方向發(fā)展[1]，輸送帶在運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)大面積撒料、輸送帶撕裂等故障，為了確保運(yùn)行的穩(wěn)定性，不得不適當(dāng)降低輸送機(jī)的運(yùn)行速度，影響了煤炭運(yùn)輸?shù)男省?/p>

因此在對輸送帶跑偏現(xiàn)象進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)輸送帶的跑偏主要是在寬度方向上的受力不均勻?qū)е碌?。輸送機(jī)在運(yùn)輸過程中的跑偏包括安全范圍內(nèi)的較小跑偏和超出安全范圍內(nèi)的大量跑偏，針對不同的跑偏現(xiàn)象分別通過采用自調(diào)心托輥進(jìn)行糾偏和采用渦輪、蝸桿式自糾偏的方案，顯著地提升了輸送機(jī)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明新的智能糾偏裝置能夠?qū)⑤斔蛶У奈锪线\(yùn)輸速度提升27.4%，將跑偏率降低93.5%以上，對提升煤礦井下物料運(yùn)輸穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

1 輸送帶跑偏原因分析

通過對輸送機(jī)在運(yùn)行時(shí)的受力分析，輸送機(jī)在運(yùn)行過程中的跑偏原因，主要是由兩個(gè)方面的因素引起的，輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的受力如圖1所示[2]。

圖1 輸送帶受力

跑偏原因一： 輸送機(jī)的輸送帶在寬度方向上的受力超過滾筒能給的反向阻力，輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)受到外力的合力為Fx 以及托輥組給輸送帶的反向阻力Fx＇的作用，當(dāng)兩者大小相等時(shí)輸送帶不會(huì)發(fā)生跑偏； 當(dāng)外力合力小于托輥組的反向阻力時(shí)系統(tǒng)在物料重力作用下也會(huì)沿著托輥組底部正常運(yùn)行；當(dāng)外力合力大于托輥組的反向阻力時(shí)，輸送帶就會(huì)發(fā)生偏移，沿著外力的方向向托輥組外側(cè)偏斜，導(dǎo)致輸送帶的跑偏。

跑偏原因二：輸送帶內(nèi)的張力分布不均勻，如圖1所示，輸送帶是一種具有粘彈性特性的物體，因此當(dāng)內(nèi)部的拉應(yīng)力σy 分布不均勻時(shí)，輸送帶將朝著張力大的一側(cè)緩緩移動(dòng)，使輸送帶發(fā)生偏移。

引起以上兩種跑偏原因的因素很多，例如機(jī)架變形、輸送帶接頭不平直、輸送帶磨損等，都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)以上問題，而上述問題在輸送機(jī)運(yùn)行過程中是不可避免的，因此需要借助一定的糾偏裝置來對輸送帶的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，滿足輸送帶的運(yùn)行穩(wěn)定性需求。

2 自調(diào)心托輥糾偏

自調(diào)心托輥是一種新型的具有自調(diào)心能力的托輥組，能夠?qū)斔蛶У倪\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)，該自調(diào)心托輥組的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示[2]。

圖2 自調(diào)心托輥組結(jié)構(gòu)

由圖2可知，自調(diào)心托輥組主要包括了立棍、上下支撐架、中托輥以及邊托輥組成，所有托輥都安裝在上支撐架上，上支撐架則可以圍繞著下支撐架旋轉(zhuǎn)。當(dāng)輸送帶出現(xiàn)運(yùn)行偏位時(shí)輸送帶會(huì)接觸到兩側(cè)的立輥，對立輥產(chǎn)生壓力并帶動(dòng)立輥旋轉(zhuǎn)，立輥在力的作用下會(huì)帶動(dòng)上支撐架圍繞下支撐架偏移，改變輸送帶的受力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對輸送帶偏移的調(diào)整。

自調(diào)心托輥對輸送帶的糾偏屬于被動(dòng)式糾偏，效率低、糾偏量小，主要是針對跑偏量小的輸送帶糾偏，無法滿足輸送帶大偏移情況下的糾偏需求，因此需要研究新的主動(dòng)式糾偏方案，以適應(yīng)長距離、大運(yùn)量、高帶速輸送機(jī)的糾偏要求。

3 主動(dòng)糾偏方案

針對自調(diào)心托輥的不足，為了滿足對大偏移量輸送帶的糾偏需求，本文提出了一種蝸輪蝸桿型主動(dòng)糾偏裝置，其整體結(jié)構(gòu)如圖3所示[3]。

圖3 主動(dòng)型糾偏裝置結(jié)構(gòu)

由圖3可知，該主動(dòng)型糾偏裝置主要包括上支撐架、托輥組、輸送帶跑偏監(jiān)測裝置、下支撐架、蝸輪蝸桿裝置、伺服電機(jī)控制系統(tǒng)。輸送機(jī)在運(yùn)行過程中，由跑偏監(jiān)測裝置對輸送帶的跑偏情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，然后將監(jiān)測信息分析后傳遞到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)輸送的偏移情況發(fā)出調(diào)節(jié)控制信號，驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿裝置進(jìn)行運(yùn)行，帶動(dòng)上支撐架調(diào)整一定的角度，從而實(shí)現(xiàn)對輸送帶偏位移情況的調(diào)整。該主動(dòng)糾偏控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)精度好的優(yōu)點(diǎn)，能夠快速地對輸送帶的偏位情況進(jìn)行調(diào)整，滿足輸送機(jī)平穩(wěn)正常的運(yùn)行需求。

該主動(dòng)糾偏裝置的基礎(chǔ)是對輸送帶偏移情況的精確檢測，根據(jù)輸送帶的運(yùn)行特性，本文所提出的新的輸送帶跑偏檢測系統(tǒng)原理如圖4所示[4]。圖中l(wèi)1和l2分別表示立棍和傳感器到支點(diǎn)的水平距離，S1和S2分別表示立棍和傳感器到支點(diǎn)的垂直距離。

圖4 新的輸送帶跑偏檢測系統(tǒng)原理

由圖4可知，該跑偏檢測系統(tǒng)中，在輸送帶的兩側(cè)設(shè)置有跑偏監(jiān)測立棍，與立棍相連接的是一個(gè)四連桿裝置。當(dāng)輸送帶跑偏時(shí)，輸送帶會(huì)對立輥產(chǎn)生一個(gè)作用力，使立輥移動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，通過四連桿另一側(cè)的位移傳感器對移動(dòng)量進(jìn)行監(jiān)測，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的位移判斷公式，來確定輸送帶的跑偏量。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)5 mm 偏移量的精確監(jiān)測，為輸送帶的快速糾偏奠定了基礎(chǔ)。

該主動(dòng)糾偏方案，在實(shí)際使用過程中能夠有效解決輸送帶在高速運(yùn)動(dòng)過程中的偏移現(xiàn)象，反應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精度高，但對于在主驅(qū)動(dòng)滾筒下側(cè)等區(qū)域，由于輸送帶的張力集聚，輸送帶懸垂度變化大，因此發(fā)生跑偏的速度快、頻率高，僅靠單一糾偏方案難以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)，因此，需要同步采用其他快速調(diào)節(jié)模式進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)整，確保輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)的絕對安全。

4 視頻糾偏方案

為了進(jìn)一步提升帶式輸送機(jī)糾偏裝置在復(fù)雜工況下的糾偏可靠性，在以上方案的基礎(chǔ)上，對發(fā)生跑偏異常頻繁的區(qū)域設(shè)置了視頻糾偏裝置，其整體布置結(jié)構(gòu)如圖5所示[5]。

圖5 視頻糾偏方案

由圖5可知，在該視頻糾偏控制系統(tǒng)中，在輸送帶的下側(cè)設(shè)置了視頻監(jiān)控裝置，在一個(gè)托輥組內(nèi)設(shè)置一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，在系統(tǒng)工作的過程中，首先利用CCD 高清攝像設(shè)備對托輥組的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，然后通過視頻圖像捕捉和處理技術(shù)來確定輸送帶的偏差情況； 為了實(shí)現(xiàn)對偏差情況的自動(dòng)調(diào)整，對偏差設(shè)置了一個(gè)閾值，當(dāng)偏差超過這個(gè)閾值后[6]，系統(tǒng)根據(jù)偏差進(jìn)行分析，確定托輥組需調(diào)整的角度，然后發(fā)出調(diào)整指令，控制步進(jìn)電機(jī)的調(diào)整，確保輸送帶在運(yùn)行過程中的可靠性。

由于井下工作環(huán)境較為惡劣，為了確保系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性，在選擇各種硬件設(shè)備時(shí)需要特別注意設(shè)備在惡劣環(huán)境下工作的穩(wěn)定性。經(jīng)過多次驗(yàn)證，井下的照明光源可選擇LDP-TP-27SW2 型冷光源，視頻攝像裝置則可以選擇防爆高清攝像機(jī)，分辨率不低于1 392×1 014。

目前該綜合糾偏方案已經(jīng)在左權(quán)阜生煤業(yè)主井投入使用。根據(jù)近6 個(gè)月的監(jiān)測情況表明，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)對輸送帶跑偏的及時(shí)監(jiān)測和糾正，根據(jù)實(shí)際對比，優(yōu)化后輸送帶的平均運(yùn)行速度由最初的3.72 m/s 提升到了目前的4.74 m/s，物料運(yùn)輸速度提升了27.4%，輸送帶在運(yùn)行過程中的跑偏異常由最初的4.7 次/ 天，降低到了目前的0.31 次/ 天，將跑偏率降低了93.5%以上，對提升輸送機(jī)的井下運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性具有十分重要的意義。

5 結(jié)論

針對輸送機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)輸過程中經(jīng)常出現(xiàn)跑偏，影響物料正常運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀，對輸送帶跑偏原因進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種新的帶式輸送機(jī)智能糾偏裝置，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）輸送機(jī)的輸送帶在寬度方向上的受力超過滾筒能給的反向阻力以及輸送帶內(nèi)的張力分布不均勻是導(dǎo)致輸送機(jī)產(chǎn)生跑偏的主要原因。

2）自調(diào)心托輥對輸送帶的糾偏屬于被動(dòng)式糾偏，效率低、糾偏量小，主要是針對跑偏量小的輸送帶糾偏。

3）蝸輪蝸桿自動(dòng)糾偏裝置屬于主動(dòng)式糾偏，調(diào)節(jié)效率高、糾偏量大，主要是針對跑偏量大的輸送帶糾偏。

4）新的智能輸送帶跑偏檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)輸送帶5 mm 偏移量的精確監(jiān)測，為輸送帶的快速糾偏奠定了基礎(chǔ)。

5）經(jīng)左權(quán)阜生煤業(yè)主井近6 個(gè)月的使用表明，新的智能糾偏裝置能夠?qū)⑤斔蛶У奈锪线\(yùn)輸速度提升27.4%，將跑偏率降低93.5%以上，在提升煤礦井下煤炭、 物料運(yùn)輸穩(wěn)定性和運(yùn)輸效率上取得較好效果。