帶式輸送機滾筒表面磨損仿真分析及控制

邢桂霞

（晉能控股煤業(yè)集團煤峪口礦調(diào)度室， 山西 大同 037003）

引言

帶式輸送機是進行煤炭輸送的主要設(shè)備，在煤炭生產(chǎn)中具有重要的作用。滾筒作為帶式輸送機驅(qū)動輸送帶的部件，對于帶式輸送機的運行穩(wěn)定性具有重要的影響。隨著煤炭開采效率的提升，帶式輸送機的輸送性能也向著大型化的方向發(fā)展，對滾筒的運行提出了較高的要求。由于在煤炭的輸送過程中，帶式輸送機的使用壽命較長，在實際的生產(chǎn)過程中，滾筒容易產(chǎn)生磨損失效現(xiàn)象，對煤炭的輸送生產(chǎn)造成一定的影響。高性能耐磨的滾筒是重點研究發(fā)展的方向，針對滾筒的磨損進行分析，并采取相應的措施控制滾筒的磨損，對于避免滾筒失效現(xiàn)象的發(fā)生，保證帶式輸送機的穩(wěn)定運行具有重要的意義。

1 滾筒膠面磨損分析

滾筒作為驅(qū)動及制動部件，在與輸送帶的接觸過程中，其外層的筒皮也會產(chǎn)生一定的磨損，常采用在外表面進行包膠的形式避免筒體的磨損，在實際使用過程中，外層包膠也存在磨損。對于膠面的磨損，容易造成帶式輸送機的損壞或者輸送帶的跑偏，不利于煤炭的輸送。造成膠面磨損的主要原因是滾筒與輸送帶之間產(chǎn)生滑動，引起磨損。

滾筒使用過程中造成滑動的因素較多，包括輸送帶張緊力的大小、滾筒的滑動角、輸送帶的結(jié)構(gòu)形式、摩擦系數(shù)等，這些不同的因素共同作用于滾筒外側(cè)膠面，使得滾筒產(chǎn)生打滑現(xiàn)象，引起膠面的磨損。此外，在煤炭輸送的過程中，當輸送帶與滾筒之間存在著散落的煤炭顆粒時，在輸送帶壓力下，顆粒物會加速滾筒膠面的磨損，并且顆粒物包覆在滾筒膠面上，損傷了滾筒膠面，使得膠面的磨損不均，抗拉強度降低，造成膠面的磨損加劇。

避免膠面顆粒物引起的磨損應保證滾筒在使用中盡量密閉，減小顆粒物附著。針對滾筒膠面磨損打滑的因素，采用MATLAB 仿真分析的方式對參數(shù)的影響作用進行定量分析，從而更好地控制膠面的磨損。

2 滾筒膠面磨損的仿真分析

針對影響滾筒打滑的因素，采用定量分析的方式進行仿真運算，依據(jù)某帶式輸送機型號，設(shè)定滾筒的直徑為200 mm，摩擦系數(shù)為0.3，滾筒的膠面抗拉強度為2 GPa，采用MATLAB 進行仿真分析。

2.1 滑動角引起的磨損分析

滑動角對膠面的磨損具有重要的影響，針對滑動角的影響進行分析。在MATLAB 軟件中設(shè)定滾筒的狀態(tài)，在不同的滑動角下進行膠面磨損的運算，在輸送帶張力穩(wěn)定的工況下，得到滾筒膠面磨損的變化如圖1 所示。從圖1 中可以看出，在滑動角逐漸增加的過程中，滾筒膠面的磨損呈現(xiàn)線性增長的趨勢，并且角度在變化的過程中，磨損率的增加幾乎保持一致。因此，在膠面磨損中，滑動角的影響較大，需要控制滾筒的滑動角。在使用過程中，當存在磨損較為嚴重時，可以依據(jù)實際工況調(diào)整滾筒的位置，從而減小滑動角度，降低滾筒的膠面磨損。

2.2 輸送帶張力引起的磨損分析

改變滑動角的，會對輸送帶的張力產(chǎn)生影響，增加輸送帶的張力，有利于提高帶式輸送機的牽引輸送能力，但同時也會增加滑動角，不利于減小滾筒膠面的磨損，因此，針對輸送帶的張力作用進行仿真分析。

圖1 滾筒膠面磨損隨滑動角的變化曲線

采用MATLAB 軟件設(shè)定滾筒的狀態(tài)，不同的張力下對滾筒的膠面磨損進行分析，得到如圖2 所示的磨損變化曲線。從圖2 中可以看出，在張緊力較低時，滾筒的磨損較小，當張緊力增加到一定值后，滾筒的磨損量呈現(xiàn)指數(shù)級較大的增加。在滾筒的張緊過程中，對于輸送帶的張緊力應確定最優(yōu)的數(shù)值，避免滾筒的較大磨損。

圖2 滾筒膠面磨損隨輸送帶張力的變化曲線

由于滑動角和輸送帶的張力相關(guān)，為直觀地觀測兩者對滾筒膠面磨損的影響，在兩者同時變化的過程中，對滾筒的磨損進行仿真，得到如圖3 所示的滾筒膠面磨損變化圖。從圖3 中可以看出，在兩者之中，輸送帶的張力對于滾筒的磨損影響作用較大，對于輸送帶的張力進行控制是減小磨損優(yōu)先考慮的方法。輸送帶的張緊力大小一般由張緊滾筒進行調(diào)整，因此，張緊滾筒的位置對于減小滾筒膠面磨損具有重要的影響，因此要選擇合適的張緊滾筒位置。

2.3 輸送帶鋼絲直徑引起的磨損分析

在帶式輸送機的設(shè)計過程中，依據(jù)運量的大小進行輸送帶的選擇，但在使用過程中，輸送帶內(nèi)部的鋼絲直徑對輸送帶的抗拉強度具有較大影響。輸送帶鋼絲直徑的大小不同，對于輸送帶作用于滾筒上的壓力不同，從而影響到滾筒的膠面磨損。針對輸送帶的鋼絲直徑變化進行仿真分析。

圖3 滾筒膠面磨損隨滑動角及張力的變化趨勢

采用MATLAB 軟件設(shè)定滾筒及輸送帶的工況，得到如圖4 所示的滾筒膠面磨損的變化曲線。從圖4 中可以看出，在輸送帶的鋼絲直徑變化的過程中，滾筒的膠面磨損呈現(xiàn)較快減小的趨勢，較大的鋼絲直徑有利于降低滾筒的膠面磨損，鋼絲直徑到達一定值后，對于滾筒的磨損作用較小。因此，在進行輸送帶的設(shè)計選擇過程中，應選擇較大的鋼絲直徑，確定合理的輸送帶強度，降低滾筒的膠面磨損。

圖4 滾筒膠面磨損隨輸送帶鋼絲直徑的變化曲線

3 結(jié)論

帶式輸送機在使用過程中，由于滾筒與輸送帶之間的打滑，容易造成滾筒表面的膠面磨損，引起帶式輸送機運行的偏差，影響煤炭的輸送。對帶式輸送機滾筒打滑的因素采用MATLAB 進行仿真分析。結(jié)果表明，滑動角、輸送帶的張力及輸送帶鋼絲直徑對于滾筒的膠面磨損均具有較大的影響，減小滑動角、減小輸送帶張力及增加輸送帶鋼絲直徑有利于減小滾筒的膠面磨損，其中滑動角和輸送帶張力作用相互關(guān)聯(lián)，應以減小輸送帶張力為主進行調(diào)整。通過采取相應的措施，控制滾筒的膠面磨損，從而延長滾筒的使用壽命，提高帶式輸送機的運行穩(wěn)定性，從而更好地進行煤炭的輸送。