礦用帶式輸送機跑偏原因及調心托輥糾偏性能研究

焦 榮

（山西晉煤集團晉圣永安宏泰煤業， 山西 沁水 048205）

引言

帶式輸送機是煤礦井下綜采工作面的重要運輸機械裝備，其運行過程的可靠性對整個采煤生產過程有決定性影響[1]。當前階段帶式輸送機正朝著大型化、高速化、高精度化方向發展[2]。但隨著運輸距離的延長、輸送速度的提升，給帶式輸送機的運行提出了更高的要求，使其在服役過程中出現了一些問題，尤其是皮帶跑偏問題越來越顯著。如果皮帶跑偏問題嚴重時，可能會造成重大經濟損失，甚至造成井下人員傷亡事件[3-4]。基于此，有必要對礦用帶式輸送機皮帶跑偏現象進行深入分析和研究，找到影響皮帶跑偏的因素。對常用的糾偏裝置的糾偏性能進行研究，以提升其實際應用效果，確保糾偏裝置運行的可靠性[5-6]。本文通過建立仿真模型對礦用帶式輸送機皮帶跑偏問題進行研究。

1 帶式輸送機模型的建立

1.1 三維模型的建立

本文以DTL-120 型帶式輸送機為例分析其跑偏現象，探討其跑偏的影響因素。首先根據該型號的帶式輸送機真實尺寸建立輸送機的三維模型，利用的三維造型軟件為SolidWorks。完成建模工作后將其轉換成為Parasolid（.x_t）格式的文件，以便后續導入到ADAMS 軟件中。需要說明的是，為了簡化計算過程，在建立三維模型時只是建立了一些主要結構以及對皮帶跑偏有影響的機構，而對其他一些非核心機構進行了省略，但是簡化后的模型不會對皮帶跑偏模擬結果造成影響。

1.2 仿真模型的建立

將從SolidWorks 軟件中導出的三維模型導入到ADAMS 軟件中進行進一步建模，在此基礎上模擬帶式輸送機皮帶跑偏現象。由于皮帶需要轉動，在ADAMS 軟件中將皮帶設置為柔性體，而其他機構全部設置為剛體。由于機架不會運動，在模型中將機架全部視為地面，各滾筒和托輥全部通過轉動副與地面進行連接。模型中需要設置的約束主要包括以下幾個方面：滾筒、托輥與地面之間的轉動副、主動滾筒上的驅動力矩、張緊裝置上的張緊力大小。結合帶式輸送機實際運行情況準確設置上述的幾個約束條件，確保模擬仿真結果的精確性。圖1 所示為在ADAMS 軟件中建立的帶式輸送機仿真模型。

圖1 ADAMS 軟件中帶式輸送機仿真模型

2 帶式輸送機跑偏過程模擬分析

根據上文所述的仿真模型進行計算分析，可以得到理想狀態下帶式輸送機的跑偏情況。結果發現，因為模型中各方面條件設置得比較理想，使得皮帶并沒有出現跑偏問題。各個托輥沿軸向方向的力同樣可以反映皮帶跑偏問題，理想狀態下托輥的軸向力應該為零。

2.1 托輥軸線與皮帶中心線的垂直問題對皮帶跑偏的影響

為分析托輥軸線與皮帶中心線的垂直問題對皮帶跑偏過程的影響，在仿真模型中將其中一個托輥設置成一定斜度，見下頁圖2-1。

其他條件不變，開展模擬仿真工作，需要說明的是皮帶運行方向為從左至右。得到的結果如下頁圖2-2 所示，主要選取了三個位置的皮帶節點進行分析。從圖中可以看出，三個位置的皮帶全部朝向下的方向進行跑偏。且在相同時間節點上，不同位置皮帶跑偏量存在一定差異，頭部位置皮帶具有最大的跑偏量。

圖2 托輥調整及其對跑偏的影響

2.2 滾筒軸線與皮帶中心線的垂直問題對皮帶跑偏的影響

當滾筒軸線與皮帶中心線不垂直時會導致皮帶兩側的張緊力不一樣，這樣會使皮帶朝著張緊力比較松弛的一側進行跑偏。對仿真模型中的改向滾筒沿順時針方向旋轉1°，其他條件不變，再次進行仿真模擬。結果發現，模擬得到的結果與實踐經驗結果基本相同。對右側改向滾筒進行順時針旋轉后導致皮帶下側比較松弛，模擬得到的結果就是皮帶向下跑偏。

2.3 張緊力大小對皮帶跑偏的影響

在帶式輸送機中張緊機構是非常重要的機構之一，通過張緊機構能夠保證皮帶與滾筒、托輥之間的摩擦力達到使用要求，進而保證輸送機的正常工作。為分析張緊力對皮帶跑偏的影響，在模型中分別將張緊力設置為100 N、200 N、300 N、400 N、500 N、600 N，其他條件不變，對不同張緊力的模型進行仿真分析。結果發現隨著張緊力的不斷增大，皮帶的最大跑偏量隨之逐漸降低。上述的幾種張緊力對應的最大跑偏量分別為1.56 mm、1.20 mm、1.00 mm、0.49 mm、0.42 mm、0.30 mm。

2.4 皮帶運行速度對其跑偏的影響

提升帶式輸送機的運行速度能提升機器設備的運行效率，皮帶運行速度越大則帶式輸送機的工作效率越高。高速度運行也是未來帶式輸送機發展的大趨勢。但是過快的速度也會帶來一些問題，速度太快容易導致輸送機出現振動問題，進而影響皮帶的運行穩定性，最終引發跑偏現象。為了分析皮帶運行速度對其跑偏的影響，在模型中分別將皮帶運行速度設置為0.1 m/s、0.2 m/s、0.3 m/s、0.4 m/s、0.5 m/s、0.6 m/s，其他條件不變，對模型進行仿真分析。基于仿真模擬結果發現，皮帶的最大跑偏量隨著運行速度的增加逐漸增加。與上述的幾個運行速度對應的最大跑偏量分別為0.48 mm、0.88 mm、1.23 mm、1.53 mm、1.88 mm、2.25 mm。進一步分析可以發現，皮帶最大跑偏量和皮帶運行速度之間存在線性比例關系。因此，為避免皮帶發生跑偏問題，需要結合實際情況設置帶式輸送機運行速度。

3 調心托輥糾偏性能的仿真分析

帶式輸送機在實際應用過程中，由于煤礦井下工作環境比較復雜，皮帶跑偏是不可避免的問題，只能采取措施對其進行控制，避免皮帶出現嚴重的跑偏現象。為了對皮帶跑偏問題進行有效控制，通常都會設置糾偏裝置。本文對常用的調心托輥糾偏性能進行仿真模擬。

3.1 偏轉角度對糾偏性能的影響分析

部分人員認為當調心托輥偏轉角度越大時，其糾偏性能隨之變大。但是調心托輥偏轉角度不能過大，一般需要控制在25°以內。在本文建立的帶式輸送機仿真模型中選擇其中一個上托輥，將其偏轉不同的角度，其他條件不變，對具有不同偏轉角度的模型進行仿真分析。如圖3 所示為調心托輥偏轉角度對其糾偏性能的影響規律曲線。

圖3 調心托輥偏轉角度對其糾偏性能的影響規律曲線

由圖可知，當調心托輥偏轉角度小于12°時，隨著偏轉角度的不斷增加，其糾偏性能隨之幾乎呈線性增加。當調心托輥偏轉角度為12°時，其糾偏性能達到最大值。當偏轉角度進一步增大時，其糾偏性能隨之逐漸降低?；诜治鼋Y果可以發現，并不是調心托輥偏轉角度越大，其糾偏性能就越好。調心托輥的偏轉角度應該控制在一定范圍內才能夠達到最優的效果，過大的偏轉角度反而可能降低其糾偏性能。

3.2 正壓力對糾偏性能的影響分析

皮帶與調心托輥之間的正壓力會對其糾偏性能產生一定程度的影響。為了分析正壓力對調心托輥糾偏性能的影響，在仿真模型中改變皮帶與調心托輥之間的正壓力值，其他條件不變，進行仿真模擬。如下頁圖4 所示為調心托輥正壓力對其糾偏性能的影響規律曲線。

圖4 調心托輥正壓力對其糾偏性能的影響規律曲線

從圖4 中數據可以看出，隨著調心托輥正壓力逐漸增大，其糾偏性能隨之呈現線性增長的趨勢。帶式輸送機在空載運行時，皮帶與調心托輥之間的正壓力相對較小，導致其糾偏能力相對較小。而帶式輸送機在正常工作時，會使得調心托輥與皮帶之間的正壓力相對較大，此時調心托輥擁有較好的糾偏性能。從這一角度看，帶式輸送機裝載的煤礦越多，調心托輥糾偏能力越強。

4 結論

跑偏現象是礦用帶式輸送機工作過程中不可避免的問題，會對帶式輸送機的正常工作產生不利影響?；贏DAMS 軟件建立帶式輸送機皮帶跑偏現象仿真模型并進行分析，結果發現：托輥、滾筒軸線與皮帶中心線不垂直時會導致皮帶出現顯著的跑偏現象，張緊力和運行速度也是影響皮帶跑偏問題的重要因素。調心托輥糾偏性能方面，隨著調心托輥偏轉角度的增大其糾偏性能先逐漸升高而后開始逐漸降低。隨著皮帶與調心托輥間正壓力的逐漸增大，其糾偏性能隨之線性增加。