帶式輸送機跑偏問題分析與改進研究

李瑞光

（晉能控股煤業(yè)集團和順新大地煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032700）

引言

煤炭作為推動我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要資源之一，近年來的需求量不斷升高，極大地促進了煤炭行業(yè)發(fā)展。煤炭產(chǎn)量和效率作為煤炭企業(yè)生產(chǎn)的評價指標(biāo)，備受煤炭行業(yè)的關(guān)注。帶式輸送機作為煤炭井下輸送至井上的關(guān)鍵設(shè)備，其工作的穩(wěn)定性和可靠性，不僅關(guān)系煤炭井下作業(yè)人員的安全，還直接關(guān)系著煤炭的產(chǎn)能和效率，必須引起高度重視。跑偏是帶式輸送機極其常見問題之一，與帶式輸送機的使用環(huán)境具有很大關(guān)系。因此，針對某煤炭企業(yè)應(yīng)用的帶式輸送機存在跑偏的問題，從張緊力角度入手，分析其對跑偏量的影響規(guī)律，并進行適當(dāng)調(diào)整改進，對于提高帶式輸送機工作的穩(wěn)定性具有重要意義。

1 帶式輸送機常見跑偏問題原因

帶式輸送機跑偏的原因大致包括以下幾點：托輥或者滾筒與輸送帶接觸的位置存在黏料，增大輸送帶局部的回轉(zhuǎn)半徑，引起輸送帶跑偏；輸送帶使用過程中逐漸松弛，導(dǎo)致其回轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)張緊力變化，出現(xiàn)跑偏問題；煤炭輸送過程中出現(xiàn)了落料位置不集中，使得上下輸送帶的受載情況不同，出現(xiàn)下層輸送帶跑偏；輸送帶出現(xiàn)振動，是其回轉(zhuǎn)過程中存在徑向跳動，出現(xiàn)跑偏問題；托輥損壞，包括軸承卡頓、運轉(zhuǎn)不靈活等，導(dǎo)致輸送帶使用過程中出現(xiàn)跑偏故障。綜合上述帶式輸送機出現(xiàn)故障的各種原因，常見的原因是輸送帶松弛使張緊力變化。因此，有必要研究張緊力對輸送帶跑偏的影響情況。

2 有限元仿真計算

2.1 三維模型建立

依據(jù)煤炭企業(yè)現(xiàn)有的帶式輸送機隨機資料及現(xiàn)場的測繪結(jié)果，采用SolidWorks仿真計算軟件，完成了帶式輸送機仿真計算三維模型，如圖1所示。為了提高仿真計算模型導(dǎo)入有限元仿真分析軟件的錯誤率，模型建立時忽略了部分影響分析結(jié)果的特征，包括倒角、圓角、螺紋孔等。

圖1 帶式輸送機三維模型

2.2 約束和載荷施加

將帶式輸送機三維模型導(dǎo)入Adams仿真計算軟件中進行前處理，滾筒和地面之間設(shè)置為轉(zhuǎn)動副，相鄰的帶塊之間設(shè)置軸套力，接觸力添加到帶塊和滾筒或者托輥接觸位置。驅(qū)動滾筒設(shè)置驅(qū)動，為了實現(xiàn)驅(qū)動滾筒的平穩(wěn)運行，引入了step函數(shù)，具體形式為STEP（time，0，0 d，1，208.35 d）。張緊連桿位置設(shè)置張緊力，力的大小為100 N，方向沿連桿水平方向向左。

2.3 模型驗證

完成帶式輸送機有限元仿真模型建立之后進行驗證。驗證結(jié)果表明，帶式輸送機模型涉及了359個構(gòu)件，其中有10個轉(zhuǎn)動副，1個移動副，1個驅(qū)動，總共是2 089個自由度，未出現(xiàn)冗余約束，說明所建立的模型符合Adams中的要求，驗證成功。

3 仿真計算

3.1 工況分析

根據(jù)帶式輸送機出現(xiàn)跑偏問題的常見原因分析結(jié)果可知，主要的原因是帶式輸送機運行過程中隨著時間的推移會產(chǎn)生永久變形，導(dǎo)致張緊力出現(xiàn)變化。仿真過程模擬實際運行情況，將帶式輸送機模型中的一個上托輥在水平面上偏轉(zhuǎn)一定的角度，即給輸送帶一個恒定的側(cè)向力。為了分析不同的張緊力對輸送帶跑偏的影響，分別將張緊力設(shè)置為100 N、300 N、600 N對模型進行仿真計算。

3.2 仿真結(jié)果

完成帶式輸送機有限元仿真計算前處理工作之后啟動Adams仿真計算軟件自帶求解器進行有限元仿真計算，計算完成之后分別提取張緊力對偏斜托輥所受軸向力的影響結(jié)果和張緊力對跑偏量的影響，具體試驗結(jié)果如下。

3.2.1 張緊力對偏斜托輥軸向力的影響

經(jīng)Adams仿真計算軟件計算得到的張緊力對偏斜托輥軸向力的影響結(jié)果如圖2所示。

圖2 張緊力對偏斜托輥軸向力的影響結(jié)果

由圖2仿真結(jié)果可以看出，帶式輸送機連續(xù)運行過程中，開始啟動階段時，偏斜托輥所受的的軸向力呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢，在輸送機運行平穩(wěn)之后力的大小趨于穩(wěn)定。由圖2還可以看出，偏斜托輥所受的軸向力存在上下波動情況，但波動的幅值較小，主要由于瞬時振動引起的?？v觀整個仿真計算結(jié)果，雖然張緊力變化了，但是，偏斜托輥軸向力的平均值均為0.13 N左右，可以得出的結(jié)論是張緊力的變化對偏斜托輥的軸向力并無明顯影響。

3.2.2 張緊力對跑偏量的影響

跑偏量作為帶式輸送機跑偏問題的主要評價指標(biāo)，有必要研究分析張緊力變化對輸送帶跑偏量的影響情況，跑偏量的體現(xiàn)選取輸送帶中頭部帶塊140 cm的側(cè)向位移曲線圖進行研究，提取的仿真計算結(jié)果如圖3所示。

由圖3的仿真計算結(jié)果可以看出，輸送帶尾部帶塊的跑偏量伴隨帶式輸送機的啟動運行呈現(xiàn)出先增大后降低的趨勢，同時可以看出，張緊力不斷增大，帶塊在z軸的最大跑偏量逐漸減小，并且?guī)K在z軸的振動逐漸減小，趨勢逐漸趨于平穩(wěn)。為了能夠直觀地獲取張緊力和跑偏量的關(guān)系，統(tǒng)計匯總了帶塊張緊力和跑偏量的變化曲線，如圖4所示。

圖3 張緊力對跑偏量的影響結(jié)果

圖4 輸送帶最大跑偏量隨張緊力的變化圖

由圖4統(tǒng)計結(jié)果顯示，隨著輸送帶張緊力的不斷增大，最大跑偏量的數(shù)值逐漸降低，張緊力大小在300～400 N的區(qū)間內(nèi)，輸送帶的跑偏量降低速率最大，之后隨著張緊力的繼續(xù)升高，跑偏降低速率降低，逐漸趨于平緩，二者的變化趨勢近似反比例函數(shù)。綜合上述分析結(jié)果可知，帶式輸送機運行過程中，適當(dāng)增加輸送帶的張緊力，有利于改善輸送帶的跑偏問題。

4 應(yīng)用效果分析

基于帶式輸送機張緊力與跑偏量之間的變化關(guān)系，確定了改善帶式輸送機跑偏問題的方法是適當(dāng)提高輸送帶的張緊力。當(dāng)前使用的張緊力大小為100 N，現(xiàn)將其提高至300 N，之后進行帶式輸送機試運行，跟蹤記錄應(yīng)用效果。結(jié)果表明，提升張緊力之后，跑偏問題得到了明顯改善，統(tǒng)計結(jié)果顯示，相較于改進之前，帶式輸送機每周的跑偏調(diào)整次數(shù)降低了3～5次，有效利用率提升近6%，減少了1～2名帶式輸送機運維人員，降低了煤炭生產(chǎn)成本，預(yù)計為煤炭企業(yè)新增經(jīng)濟效益近40萬元/年，取得了很好的改進效果。