帶式輸送機液壓自動調偏裝置的機械動力學仿真

于 飛

（華陽新材料科技集團有限公司一礦， 山西 陽泉 045000）

引言

帶式輸送機被廣泛應用于煤礦、選煤廠、碼頭等行業中。對于煤礦行業而言，隨著工作面生產能力的提升，帶式輸送機將朝著長距離、大運量以及高運速的方向發展。在實際生產中，帶式輸送機常見故障包括斷帶、跑偏、撕裂以及堆煤等故障，任何一類故障的發生均會影響整機的運輸效率，進而影響煤礦生產能力。輸送帶跑偏為帶式輸送機常見的故障之一，根據偏移位置的不同，分為頭部、尾部以及蛇形偏移。若不能夠對跑偏的輸送帶及時調偏，會導致故障擴大化，使得整機被迫停機，增加了整機的維修成本[1]。本文將針對輸送帶的跑偏問題設計一款自動調偏裝置，并對其機械動力學進行仿真分析。

1 輸送帶跑偏機理研究

輸送帶跑偏指的是帶式輸送機輸送帶的側向偏移量大于輸送帶寬度的5%。鑒于帶式輸送機實際工況復雜，導致輸送帶出現跑偏的原因眾多，包括設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致。結合實踐經驗和理論分析，可將輸送帶出現跑偏的原因總結如下：

1）輸送帶所選材質不均勻，其質量存在較大的缺陷。該項原因導致輸送帶張力相對輸送帶的橫截面存在不對等的情況，從而導致左右張力不等，最終導致輸送帶跑偏，甚至發生輸送帶的撕裂和撒料等故障。

2）由于輸送帶所運輸的煤炭重心出現偏移，即重心不在輸送帶的中線位置，導致輸送帶出現跑偏。

3）由于輸送帶的安裝出現較大誤差，導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方向傾斜導致跑偏[2]。

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

2 液壓自動調偏裝置的設計

從原理上講，實現對帶式輸送機輸送帶進行調偏僅需為輸送帶提供一個反方向的力阻止輸送帶向一側跑偏即可。目前，常見的調偏裝置為在輸送帶跑偏的時刻對托輥的角度進行調整，實現對輸送帶的調偏。為保證帶式輸送機的運輸效率不受影響，要求自動調偏裝置能夠及時對發現跑偏的情況進行調整，而且要求調偏裝置本身對輸送帶的磨損減小。此外，針對自動調偏裝置還應滿足便于安裝使用，能夠適應惡劣的使用環境等要求[3]。

2.1 液壓自動調偏裝置的總體設計

綜合上述的各項要求，設計的液壓自動調偏裝置如圖1 所示。

圖1 液壓自動調偏裝置總體結構

液壓自動調偏裝置工作原理：以帶式輸送機輸送帶向左跑偏為例，輸送帶會與圖1 中左檢驅摩擦滾輪接觸，二者之間的摩擦力驅動齒輪泵運行，同時調節油缸位移發生變化，使得調偏托輥架的角度發生變化，從而開始對輸送帶進行調偏，直至輸送帶與左檢驅摩擦滾輪不接觸時認定輸送帶不再跑偏。

2.2 液壓自動調偏裝置安裝位置

為保證液壓制動調偏裝置安裝后能夠充分發揮其對輸送帶的自動調偏功能，需將其安裝于合理的位置。一般情況下，可將液壓自動調偏裝置安裝于帶式輸送機的機頭、機尾、受料點、輸送帶的凸起點等位置[4]。

在實際生產中，為了保證實時、快速、準確地完成自動調偏功能，在帶式輸送機旁安裝多臺液壓自動調偏裝置；調偏裝置的安裝臺數與輸送帶的強度相關，一般的調偏裝置的間距控制在30～60 m 之間為最佳；隨著輸送帶強度的增加，裝置之間的間距也應適當增加。液壓自動調偏裝置的安裝示意圖如圖2 所示。

圖2 液壓自動調偏裝置的安裝位置示意圖

圖2 中的L 與帶式輸送機輸送帶的運速相關；輸送帶運輸速度越大，對應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系

3 液壓自動調偏裝置機械動力學仿真分析

結合帶式輸送機的實際運行工況，其主要包括有上運、下運以及平運等相互結合的復雜工況。本節重點基于AMESIM 軟件對上述復雜工況下的重載和空載時液壓自動調偏裝置的動力學情況進行仿真對比研究，所搭建的液壓自動調偏裝置仿真模型如圖3 所示。

圖3 液壓自動調偏裝置仿真模型

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

仿真結果如表2 所示。

表2 調偏裝置機械動力學仿真數據

分析表2 中的各項數據，得出如下結論：

1）不論在哪種工況下，基于液壓自動調偏裝置均能夠將帶式輸送機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輸送帶的跑偏問題。

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

3）在重載工況下的活塞桿比在空載時需提供更大的驅動力才能夠控制調節托輥的角度，實現對輸送帶的調偏任務。

4）在三種工況下，帶式輸送機運行時對應的功率值從大到小依次排序為上運工況、水平運行工況以及下運工況[5]。

4 結論

帶式輸送機煤礦的主要運輸設備，在實際生產中由于輸送帶本身質量不合格、安裝工藝誤差較大以及設備加工等方面存在的問題極易導致輸送帶出現跑偏的故障，嚴重制約了帶式輸送機的運輸效率和安全性。本文重點完成了帶式輸送機輸送帶液壓自動調偏裝置，并對其安裝工藝進行說明。通過對液壓自動調偏裝置的機械動力學仿真可知：

1）該裝置能夠在輸送帶出現跑偏故障時及時完成調偏任務；

2）在空載時更容易發生輸送帶跑偏；

3）重載工況所需的調偏力遠大于空載時的情況。