隧道掘進機后配套皮帶機防跑偏設計

□黃圣玲□周 俊□李 威

1北方重工集團有限公司 隧道掘進裝備分公司 沈陽 110141

2北方重工集團有限公司 熱處理分公司 沈陽 110141

1 設計背景

目前，皮帶機已成為我國隧道掘進機運輸系統的主要運輸設備。皮帶機具有輸送量大、效率高、能源消耗少、運行費用低、可大傾角運輸、工作平穩可靠、噪聲小、結構簡單、布置形式靈活等優勢[1]，對物料的適應性強，可以用于輸送黏土、砂礫、巖石等物料。

皮帶機運行中，如果皮帶的中心線與皮帶機的中心線偏離較大，即產生皮帶跑偏。皮帶跑偏在物料輸送過程中經常發生，是造成皮帶撒料、邊緣磨損和撕裂的主要原因。由于皮帶的價格較貴，因此皮帶跑偏不但影響安全生產，而且還會縮短皮帶的使用壽命，造成經濟損失[2]。另外，后配套皮帶機是隧道掘進機施工中輸料系統的關鍵設備，它的安全、穩定運行直接影響到隧道掘進機的掘進速度，即直接影響施工工期。皮帶跑偏是后配套皮帶機最常見的故障，因此，對皮帶跑偏進行及時、準確處理是后配套皮帶機安全穩定運行的重要保障[3]。

2 皮帶跑偏主要因素

根據現場使用經驗，皮帶機的生產制造質量、安裝精度、布置形式、結構形式、現場維護等方面存在問題，是造成皮帶跑偏的主要因素，具體包括：①驅動滾筒和改向滾筒外圓的圓柱度制造誤差較大；②機架的剛度差，產生較大變形；③單側托輥的軸承轉動不靈活，或托輥上沾有較多臟雜物；④設計時未采用調偏裝置或調偏裝置運轉不靈活；⑤硫化皮帶時兩邊搭界處不平直，或兩邊中心線不重合；⑥或皮帶老化變形，邊緣磨損嚴重；⑦驅動滾筒與改向滾筒的中心線不平行；⑧驅動滾筒或改向滾筒的中心線與機架中心線不垂直；⑨給料位置不合理或清掃器的安裝位置有誤差[4]。

造成皮帶跑偏的因素有很多，但最終原因都是皮帶在運動過程中受力不平衡，形成了垂直于帶速方向的水平分速度。

隧道掘進機由于后配套拖車上需要布置其它設備，導致后配套皮帶機布置空間較小，布置形式受限。筆者設計的后配套皮帶機額定有600 m的轉彎半徑，且在實際掘進過程中還需要有500 m的最小轉彎半徑，這些不利因素使后配套皮帶機更容易產生皮帶跑偏。皮帶機布置形式如圖1所示。

圖1 皮帶機布置形式

3 皮帶機防跑偏設計改進

3.1 傳統方法

基于以上分析，傳統上主要通過設置托輥來對后配套皮帶機進行防跑偏控制。

在設計皮帶機時，選用適當的上、下托輥可有效起到防偏和糾偏的作用。目前皮帶承載段常用的調偏托輥有自動調心托輥、前傾托輥、錐形上調心托輥、摩擦上調心托輥等，其中以自動調心托輥、前傾托輥使用最多。用于皮帶空載段的調偏托輥有下平行自動調心托輥、V形前傾托輥、平行梳型托輥等。各種托輥的工作原理不同，糾偏效果也不一樣，設計人員需要根據具體設計條件和實際使用需要，選擇相應的托輥，以取得良好的防跑偏效果。

結合傳統方法和盾構機后配套皮帶機現場使用經驗，筆者進行了改進設計，從而大大改善了皮帶跑偏的狀況。

3.2 浮動支撐

每段架體安裝兩處調節螺桿，浮動支撐主要由螺桿、旋轉軸和支撐架等組成，如圖2所示。

由圖2可見，可以通過調節螺桿的長度來調節架體的傾斜度，從而大幅調整架體傾斜角度，以改善皮帶跑偏。在后配套皮帶機布置時有600 m的轉彎半徑，在安裝后配套皮帶機時需要通過調節浮動支撐，將架體調整到一定角度，以防止皮帶跑偏。在實際輸送物料過程中，需要根據實際情況糾偏，如果皮帶向左邊跑偏，就需要調長螺桿的中間段長度，使架體向右偏轉。反之同理。

圖2 浮動支撐示意圖

同時，下托輥采用V形托輥的形式，相對于常用的平行下托輥，能有效阻止皮帶向一邊偏移。

3.3 擋輥

每段架體的兩端各布置兩對上擋輥和下擋輥，如果皮帶運行時向一邊跑偏，擋輥向皮帶施加一個反方向作用力，使皮帶強行復位。與此同時，由于擋輥與皮帶邊緣的摩擦作用，降低了皮帶跑偏側的線速度，相對提高了皮帶另一側的線速度，使皮帶逐漸向另一側移動，直至復位[5]。

3.4 滾筒

從滾筒的形狀方面考慮，為了減少皮帶跑偏現象，皮帶機的滾筒制造成中間大兩頭小的雙錐形，錐度一般為1∶100[6]。采用此種結構，可以在一定程度上減少皮帶跑偏現象。

另外，滾筒的中心線安裝位置必須垂直于皮帶機長度方向的中心線，否則易造成皮帶兩側張力不等，影響皮帶運行。若偏斜過大，則必然引發跑偏。在設計改進中，滾筒兩側均增加了絲杠調節，如圖3所示。

圖3 滾筒改進示意圖

采用改進后的滾筒，皮帶運行時不論空載、重載都向一側跑偏，則可以反復調整滾筒兩端的絲杠長度，直至將皮帶調整到理想位置。滾筒調整是皮帶跑偏調整的重要環節[7]，若皮帶向滾筒的右側跑偏，則右側的軸承座應當向后移動；若皮帶向滾筒的左側跑偏，則左側的軸承座應當向后移動；也可相應地將左側或右側軸承座前移[8-9]，經過反復調整直至皮帶回到較理想位置。

3.5 跑偏開關

每臺皮帶機的皮帶架上根據皮帶長短，對稱安裝不同數量的兩級皮帶跑偏開關。一級10°輕度跑偏時，系統報警。二級18°重度跑偏時，系統停機。由于隧道掘進機在掘進過程中不斷地變化轉彎半徑，再加上其它因素的影響，導致皮帶的運行狀況不斷變化。安裝跑偏開關后，可有效檢測皮帶是否跑偏。如果報警，就需要檢查皮帶運行情況，確認影響皮帶的不良因素，這樣能有效預防撒料及皮帶磨損等嚴重情況[10]。如果重度跑偏，系統停機，能有效預防安全事故和防止皮帶損傷。

4 結論

解決隧道掘進機后配套皮帶機跑偏問題，具有十分重要的現實意義，不僅可以延長皮帶的使用壽命，而且可有效防止皮帶機運轉過程中發生撒料及安全事故，從而提高隧道掘進機的掘進速度。筆者在實際應用中總結經驗，通過增加浮動支撐和擋輥、改進滾筒及增加跑偏開關等改進設計，取得了良好的皮帶機防跑偏效果。

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[3] 劉文亮，張曉偉，董秋艷.連續皮帶機膠帶跑偏原因與力學分析[J].水利水電技術，2006，37（3）：26-27.

[4] 柳海軍，欒海鴻，林娟.關于皮帶自動糾偏機的研究[J].煤質技術，2005（1）：57-58.

[5] 張曙靈.運輸皮帶機膠帶的調偏方法[J].木材加工機械，2006（1）：46-47.

[6] 馬洪舉.皮帶輸送機跑偏問題的幾種解決措施[J].煤炭技術，2005，24（9）：19.

[7] 趙振偉，姜印山，余濤，等.皮帶運輸機常見故障的分析及處理[J].林業機械與木工設備，2005，33（5）：46-47.

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