輸送機皮帶受料不均跑偏糾偏輔助裝置設(shè)計及應(yīng)用

林陽輝

（福建馬坑礦業(yè)股份有限公司）

皮帶輸送機因輸送距離遠、能耗低及穩(wěn)定性高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于礦石運輸；但皮帶輸送機的運行工況惡劣，受料不均等問題常造成皮帶機跑偏、皮帶撕裂等故障［1-3］，影響輸送機的正常運行，嚴重的會造成設(shè)備損壞，降低輸送機皮帶的使用壽命，甚至人員傷亡等事故［4-6］。為了保障皮帶輸送機的運行安全，設(shè)計一種安全性能好、可靠性能高的新型自動糾偏裝置具有重要意義。

當(dāng)前，皮帶輸送機的皮帶糾偏裝置形式較多，通用的糾偏裝置為機械式或自動化式，但實現(xiàn)皮帶糾偏的原理相近，且傾向智能化發(fā)展。機械式的糾偏裝置基于調(diào)偏托輥架，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但其穩(wěn)定性差及糾偏效果不明顯；自動化式相對機械式糾偏效果較好，但成本高。皮帶輸送機在運行時，當(dāng)糾偏裝置傳感器檢測到皮帶跑偏時，自動化糾偏裝置根據(jù)信號數(shù)據(jù)自動調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)皮帶跑偏嚴重情況自動下達調(diào)偏指令，實現(xiàn)輸送帶的自動調(diào)偏功能，且隨著技術(shù)的創(chuàng)新，逐步實現(xiàn)皮帶的智能化糾偏。

目前，帶式輸送機糾偏裝置根據(jù)其驅(qū)動方式通常分為無動力和有動力。無動力糾偏裝置主要依靠皮帶跑偏時對托輥產(chǎn)生的推力作為其驅(qū)動力的輸入，稱為無動力自動糾偏裝置，其工作機理是當(dāng)輸送機皮帶跑偏時，皮帶的邊緣就會擠壓在側(cè)邊豎立檢測托輥上形成力矩，由檢測托輥輪受力促使其帶動托輥架繞糾偏裝置的軸心旋轉(zhuǎn)某個角度，由于皮帶運行方向與糾偏托輥旋轉(zhuǎn)平面的不重合，由此產(chǎn)生的摩擦力促使跑偏的皮帶重新回到中心位置。有動力糾偏裝置的工作機理是當(dāng)輸送機皮帶跑偏時，皮帶的邊緣擠壓側(cè)邊豎立檢測托輥的傳感器，并帶動油泵旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致油泵從糾偏裝置的油箱里抽液壓油，將其輸出油壓入專用油缸的一個工作腔，其另一個工作腔內(nèi)的液壓油經(jīng)控制閥回到糾偏裝置的油箱中，根據(jù)皮帶跑偏往復(fù)運動，驅(qū)動支架偏轉(zhuǎn)達到皮帶調(diào)正，保證皮帶輸送機的正常運行。

根據(jù)目前皮帶輸送機的跑偏檢測和糾偏裝置在實際運行工況中存在的問題，綜合分析輸送機皮帶在不同工況下，由于雙邊受料突然停止一邊受料或側(cè)邊受料均會導(dǎo)致皮帶受力不均，發(fā)生跑偏現(xiàn)象。根據(jù)輸送機皮帶受力分析情況，提出一種新型的皮帶糾偏輔助裝置。經(jīng)理論受力分析，皮帶糾偏輔助裝置能夠抵消輸送機皮帶單邊受力不均的缺陷，保證皮帶受力均勻不跑偏，且可用于工況惡劣的皮帶輸送機上，保障生產(chǎn)平穩(wěn)運行。

1 輸送機皮帶跑偏原因分析

皮帶輸送機通常由環(huán)形結(jié)構(gòu)的輸送帶、托輥、滾筒、傳動裝置及驅(qū)動電機等構(gòu)成，促使皮帶輸送機旋轉(zhuǎn)運動的滾筒稱為驅(qū)動滾筒，另一個滾筒稱為尾部滾筒（改向滾筒）。為了保證驅(qū)動滾筒與皮帶不出現(xiàn)打滑的情況，增加它們之間的摩擦力，通常還配有張緊裝置，為皮帶輸送機系統(tǒng)提供張力，稱為配重裝置。當(dāng)皮帶輸送機運行時，礦料隨著皮帶的運轉(zhuǎn)從輸送機的尾部到達頭部，從而達到運輸?shù)V石的目的。

皮帶輸送機空載運行下，電機經(jīng)傳動裝置作用于驅(qū)動滾筒，其帶動皮帶的運轉(zhuǎn)，皮帶作用在托輥上并依靠托輥受載。皮帶運行中心線方向與輸送機中心線重合，在運行工況下，皮帶輸送機的運送量大，運行最穩(wěn)定。皮帶輸送方向主要受自身重力、安裝托輥對稱及驅(qū)動滾筒的水平度等影響，其兩側(cè)受力能夠抵消，皮帶在自重力下滑向中間，其自動居中運輸且不偏移。皮帶輸送機結(jié)構(gòu)見圖1。

皮帶輸送機帶負荷正常運行下的受力分析見圖2，將礦料對皮帶的作用力分為左、中、右三部分，其中輸送機皮帶中間部分在礦料的重力作用下，受豎直向下的正壓力F；在左邊礦料的作用下，對輸送機皮帶左側(cè)斜面施加壓力F1，分解垂直于斜面的作用力F11與平行斜面向下的作用力F12，F(xiàn)11與F12的矢量和為F1；在右邊礦料的作用下，對輸送機皮帶右側(cè)斜面施加壓力F2，分解垂直于斜面的作用力F21與平行斜面向下的作用力F22，F(xiàn)21與F22的矢量和為F2。當(dāng)F1=F2時，皮帶居中運輸，皮帶輸送機運行工況良好，無跑偏；當(dāng)F1＞F2時，輸送機皮帶受到向左的推力，其大小Fa=F1－F2，將發(fā)生向左偏移故障；當(dāng)F1＜F2時，輸送機皮帶受到向右的推力，其大小Fa=F2－F1，將發(fā)生向右偏移故障。

通過對輸送機皮帶跑偏原理受力分析、檢測及糾偏裝置應(yīng)用等，可有效避免輸送機皮帶發(fā)生跑偏，提高礦料的正常運輸率。

2 可抵消輸送機皮帶受力不均糾偏裝置設(shè)計

為了實現(xiàn)皮帶輸送機的可靠自動糾偏，糾偏裝置需滿足測量數(shù)值準確、通訊可靠、安裝便捷及操作方便等工況要求。

2.1 輸送機皮帶跑偏偏移數(shù)值檢測裝置設(shè)計

皮帶輸送機由于托輥中心線與輸送機中心線有偏離、滾筒圓柱度差、皮帶接頭不達標(biāo)等原因，輸送機皮帶上的礦料存在跑偏；當(dāng)其跑偏量超出設(shè)定值后，皮帶會與機架的側(cè)面發(fā)生摩擦，造成皮帶磨損、撒料及皮帶撕裂等后果。偏移數(shù)值檢測裝置的目的是監(jiān)測皮帶的偏移情況，當(dāng)偏移值超過設(shè)定值時，檢測裝置會將信號輸送到糾偏裝置控制器，糾正偏移值，達到安全運行的效果。偏移數(shù)值檢測裝置見圖3，該裝置安裝在糾偏裝置的兩側(cè)，當(dāng)輸送機皮帶跑偏時，皮帶觸碰到檢測裝置，啟動裝置內(nèi)的開關(guān)，并發(fā)出跑偏信號；當(dāng)皮帶回正時，跑偏信號解除。

偏移數(shù)值檢測裝置為分級檢測制，當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度為15°～30°時，發(fā)出I級跑偏信號，利用糾偏裝置對皮帶進行糾正；當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度超出30°時，發(fā)出II級跑偏信號，皮帶輸送機急停。

2.2 新型輸送機皮帶糾偏裝置設(shè)計

礦石在皮帶輸送機的輸送過程中，當(dāng)輸送機皮帶發(fā)生跑偏時，應(yīng)盡可能減速停機處理，為此就需要糾偏裝置對輸送機皮帶進行動態(tài)調(diào)整。常見的糾偏措施有調(diào)整托輥架的高低，調(diào)整托輥架與皮帶的夾角，調(diào)整改向滾筒相對皮帶的位置等。

新型糾偏裝置主要是抵消皮帶受力不均，通過托輥運轉(zhuǎn)及左右升降，實現(xiàn)皮帶上下受力均勻，且可相互抵消。新型糾偏裝置結(jié)構(gòu)見圖4。

該新型糾偏裝置由旋轉(zhuǎn)托輥和搖臂組成，采用液壓推桿控制兩側(cè)搖臂的升降，旋轉(zhuǎn)托輥抵消皮帶的受力不均。針對不同受料情況，將其安裝在落料點緩沖床的前后，可保證皮帶受力均勻，避免跑偏現(xiàn)象的發(fā)生。

3 新型輸送機皮帶糾偏裝置的控制流程

新型輸送機皮帶糾偏裝置控制流程見圖5。該裝置中的信息檢測由檢測傳感器、控制電路及PLC控制器負責(zé)，并控制調(diào)心托輥搖臂偏轉(zhuǎn)的角度和旋轉(zhuǎn)托輥的轉(zhuǎn)速?？刂屏鞒蹋菏紫冗M行系統(tǒng)編程并初始化，控制參數(shù)輸入，啟動皮帶輸送機，試運行檢測程序；當(dāng)檢測偏轉(zhuǎn)角度值＞30°時，立即發(fā)出警報，自動切斷輸送機驅(qū)動電源，使輸送機急停待修；當(dāng)偏轉(zhuǎn)角度有15°～30°時，其糾偏裝置啟動，由PLC控制器控制調(diào)整調(diào)心托輥組搖臂的角度及旋轉(zhuǎn)托輥的轉(zhuǎn)速，進行皮帶糾偏。

4 結(jié)語

（1）皮帶輸送機因受料不均常發(fā)生皮帶跑偏問題，其對運輸設(shè)備穩(wěn)定運行造成嚴重影響。在受料不均的工況下，皮帶跑偏難以從根本上解決，只能通過跑偏糾偏裝置抵消皮帶受力不均。

（2）新型皮帶跑偏受力擠壓檢測及滾筒轉(zhuǎn)動糾偏裝置能夠?qū)崿F(xiàn)皮帶受力不均時的自動糾偏處理。通過對自動糾偏裝置理論受力分析計算，設(shè)計了含旋回糾偏托輥組的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，并進行了傳動電機和升降液壓缸的設(shè)計選型，完成了自動糾偏執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計。

（3）根據(jù)自動糾偏裝置的控制系統(tǒng)功能需求，設(shè)計了皮帶跑偏時獨立數(shù)據(jù)采集、遠程及就地切換開關(guān)功能，可滿足不同工況的使用要求。該新型糾偏裝置可應(yīng)用于工況惡劣的帶式輸送機上，可對皮帶跑偏自動糾偏，保障帶式輸送機的可靠運行。

（4）該新型自動糾偏裝置的動力源采用電機和液壓泵雙驅(qū)動，后續(xù)可考慮利用輸送機皮帶運行帶動摩擦輪作為電機及液壓泵的動力源。

（5）輸送機皮帶的運行速度也會影響自動糾偏效果，其帶速越快則要求糾偏裝置的響應(yīng)越快，故需要深入研究不同帶速下對自動糾偏裝置的影響，從而提高新型自動糾偏裝置的精度，保障生產(chǎn)穩(wěn)定運行。