帶式輸送機(jī)液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置的機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真

于 飛

（華陽新材料科技集團(tuán)有限公司一礦， 山西 陽泉 045000）

引言

帶式輸送機(jī)被廣泛應(yīng)用于煤礦、選煤廠、碼頭等行業(yè)中。對(duì)于煤礦行業(yè)而言，隨著工作面生產(chǎn)能力的提升，帶式輸送機(jī)將朝著長距離、大運(yùn)量以及高運(yùn)速的方向發(fā)展。在實(shí)際生產(chǎn)中，帶式輸送機(jī)常見故障包括斷帶、跑偏、撕裂以及堆煤等故障，任何一類故障的發(fā)生均會(huì)影響整機(jī)的運(yùn)輸效率，進(jìn)而影響煤礦生產(chǎn)能力。輸送帶跑偏為帶式輸送機(jī)常見的故障之一，根據(jù)偏移位置的不同，分為頭部、尾部以及蛇形偏移。若不能夠?qū)ε芷妮斔蛶Ъ皶r(shí)調(diào)偏，會(huì)導(dǎo)致故障擴(kuò)大化，使得整機(jī)被迫停機(jī)，增加了整機(jī)的維修成本[1]。本文將針對(duì)輸送帶的跑偏問題設(shè)計(jì)一款自動(dòng)調(diào)偏裝置，并對(duì)其機(jī)械動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真分析。

1 輸送帶跑偏機(jī)理研究

輸送帶跑偏指的是帶式輸送機(jī)輸送帶的側(cè)向偏移量大于輸送帶寬度的5%。鑒于帶式輸送機(jī)實(shí)際工況復(fù)雜，導(dǎo)致輸送帶出現(xiàn)跑偏的原因眾多，包括設(shè)備本身的安裝和制造問題，以及輸送帶布置工藝不合適所導(dǎo)致。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論分析，可將輸送帶出現(xiàn)跑偏的原因總結(jié)如下：

1）輸送帶所選材質(zhì)不均勻，其質(zhì)量存在較大的缺陷。該項(xiàng)原因?qū)е螺斔蛶埩ο鄬?duì)輸送帶的橫截面存在不對(duì)等的情況，從而導(dǎo)致左右張力不等，最終導(dǎo)致輸送帶跑偏，甚至發(fā)生輸送帶的撕裂和撒料等故障。

2）由于輸送帶所運(yùn)輸?shù)拿禾恐匦某霈F(xiàn)偏移，即重心不在輸送帶的中線位置，導(dǎo)致輸送帶出現(xiàn)跑偏。

3）由于輸送帶的安裝出現(xiàn)較大誤差，導(dǎo)致輸送帶的中線與滾筒的軸線不垂直，使得輸送帶向另一個(gè)方向傾斜導(dǎo)致跑偏[2]。

4）同樣是由于安裝問題導(dǎo)致的托輥出現(xiàn)偏斜，使得輸送帶跑偏；同時(shí)，托輥旋轉(zhuǎn)阻力較大也是導(dǎo)致輸送帶跑偏的主要原因。

2 液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置的設(shè)計(jì)

從原理上講，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶式輸送機(jī)輸送帶進(jìn)行調(diào)偏僅需為輸送帶提供一個(gè)反方向的力阻止輸送帶向一側(cè)跑偏即可。目前，常見的調(diào)偏裝置為在輸送帶跑偏的時(shí)刻對(duì)托輥的角度進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶的調(diào)偏。為保證帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸效率不受影響，要求自動(dòng)調(diào)偏裝置能夠及時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)跑偏的情況進(jìn)行調(diào)整，而且要求調(diào)偏裝置本身對(duì)輸送帶的磨損減小。此外，針對(duì)自動(dòng)調(diào)偏裝置還應(yīng)滿足便于安裝使用，能夠適應(yīng)惡劣的使用環(huán)境等要求[3]。

2.1 液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置的總體設(shè)計(jì)

綜合上述的各項(xiàng)要求，設(shè)計(jì)的液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置如圖1 所示。

圖1 液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置總體結(jié)構(gòu)

液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置工作原理：以帶式輸送機(jī)輸送帶向左跑偏為例，輸送帶會(huì)與圖1 中左檢驅(qū)摩擦滾輪接觸，二者之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)齒輪泵運(yùn)行，同時(shí)調(diào)節(jié)油缸位移發(fā)生變化，使得調(diào)偏托輥架的角度發(fā)生變化，從而開始對(duì)輸送帶進(jìn)行調(diào)偏，直至輸送帶與左檢驅(qū)摩擦滾輪不接觸時(shí)認(rèn)定輸送帶不再跑偏。

2.2 液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置安裝位置

為保證液壓制動(dòng)調(diào)偏裝置安裝后能夠充分發(fā)揮其對(duì)輸送帶的自動(dòng)調(diào)偏功能，需將其安裝于合理的位置。一般情況下，可將液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置安裝于帶式輸送機(jī)的機(jī)頭、機(jī)尾、受料點(diǎn)、輸送帶的凸起點(diǎn)等位置[4]。

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了保證實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確地完成自動(dòng)調(diào)偏功能，在帶式輸送機(jī)旁安裝多臺(tái)液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置；調(diào)偏裝置的安裝臺(tái)數(shù)與輸送帶的強(qiáng)度相關(guān)，一般的調(diào)偏裝置的間距控制在30～60 m 之間為最佳；隨著輸送帶強(qiáng)度的增加，裝置之間的間距也應(yīng)適當(dāng)增加。液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置的安裝示意圖如圖2 所示。

圖2 液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置的安裝位置示意圖

圖2 中的L 與帶式輸送機(jī)輸送帶的運(yùn)速相關(guān)；輸送帶運(yùn)輸速度越大，對(duì)應(yīng)的距離頭部滾筒的距離也越大，具體如表1 所示。

表1 L 與輸送帶帶速之間的關(guān)系

3 液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真分析

結(jié)合帶式輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況，其主要包括有上運(yùn)、下運(yùn)以及平運(yùn)等相互結(jié)合的復(fù)雜工況。本節(jié)重點(diǎn)基于AMESIM 軟件對(duì)上述復(fù)雜工況下的重載和空載時(shí)液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置的動(dòng)力學(xué)情況進(jìn)行仿真對(duì)比研究，所搭建的液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置仿真模型如圖3 所示。

圖3 液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置仿真模型

本次仿真模型中輸送帶的長度為10 m、寬度為1.2 m，仿真時(shí)間設(shè)定為4.5 s，重載工況下最大負(fù)荷為1 200 kN，空載工況下的負(fù)荷為0 kN；上運(yùn)工況與水平方向的傾角為10°，水平運(yùn)行工況與水平方向的傾角為0°，下運(yùn)工況與水平方向的傾角為-10°。

仿真結(jié)果如表2 所示。

表2 調(diào)偏裝置機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真數(shù)據(jù)

分析表2 中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，得出如下結(jié)論：

1）不論在哪種工況下，基于液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置均能夠?qū)捷斔蜋C(jī)輸送帶跑偏的速度和加速度控制為0，即可有效解決帶式輸送機(jī)輸送帶的跑偏問題。

2）在同一工況下，輸送帶空載時(shí)比重載時(shí)更容易跑偏。因此，需重點(diǎn)對(duì)輸送帶回程段的跑偏問題。同時(shí)，在重載時(shí)輸送帶與摩擦滾筒之間的摩擦力約為控制時(shí)的5 倍左右。

3）在重載工況下的活塞桿比在空載時(shí)需提供更大的驅(qū)動(dòng)力才能夠控制調(diào)節(jié)托輥的角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶的調(diào)偏任務(wù)。

4）在三種工況下，帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的功率值從大到小依次排序?yàn)樯线\(yùn)工況、水平運(yùn)行工況以及下運(yùn)工況[5]。

4 結(jié)論

帶式輸送機(jī)煤礦的主要運(yùn)輸設(shè)備，在實(shí)際生產(chǎn)中由于輸送帶本身質(zhì)量不合格、安裝工藝誤差較大以及設(shè)備加工等方面存在的問題極易導(dǎo)致輸送帶出現(xiàn)跑偏的故障，嚴(yán)重制約了帶式輸送機(jī)的運(yùn)輸效率和安全性。本文重點(diǎn)完成了帶式輸送機(jī)輸送帶液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置，并對(duì)其安裝工藝進(jìn)行說明。通過對(duì)液壓自動(dòng)調(diào)偏裝置的機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真可知：

1）該裝置能夠在輸送帶出現(xiàn)跑偏故障時(shí)及時(shí)完成調(diào)偏任務(wù)；

2）在空載時(shí)更容易發(fā)生輸送帶跑偏；

3）重載工況所需的調(diào)偏力遠(yuǎn)大于空載時(shí)的情況。