王 敏

（大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備制造有限公司， 山西 大同 037000）

引言

皮帶機(jī)作為井下煤炭開采、輸送的主要機(jī)械設(shè)備，是由機(jī)架、托輥組、糾偏裝置、皮帶、驅(qū)動裝置、張緊裝置、控制報(bào)警裝置等組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、維修容易、運(yùn)量大等優(yōu)點(diǎn)，承擔(dān)了井下煤炭運(yùn)輸?shù)闹饕糠?。但是，在皮帶機(jī)運(yùn)行過程中，容易發(fā)生跑偏現(xiàn)象，當(dāng)跑偏出現(xiàn)后，會造成散煤的遺落堆積，降低工作效率，同時(shí)跑偏的皮帶會與皮帶機(jī)鋼鐵部件或者煤壁邊緣發(fā)生摩擦破損，極大地縮短了皮帶的使用壽命，影響煤礦的正常生產(chǎn)，如果不及時(shí)采取糾偏措施，還可能發(fā)生安全事故。因此，本文通過分析皮帶機(jī)運(yùn)行時(shí)的受力情況，從根本上掌握皮帶機(jī)跑偏的原因，提出幾種防偏并分析其防偏原理，為解決預(yù)防皮帶機(jī)跑偏故障提供支持。

1 皮帶機(jī)動力學(xué)分析

皮帶機(jī)運(yùn)動過程的受力情況分析必須從其結(jié)構(gòu)入手。一般皮帶機(jī)為直線布置，與水平面的夾角不能大于18°。皮帶放置在按一定間距布置的托輥上，并沿機(jī)架縱向環(huán)繞一周，在張緊裝置的調(diào)節(jié)下，使皮帶能夠隨著驅(qū)動滾筒機(jī)循環(huán)往復(fù)運(yùn)動，從而完成物料的輸送。皮帶機(jī)運(yùn)動過程中的受力情況如圖1所示，F(xiàn)N1、FN2分別為皮帶兩側(cè)縱向張力作用于托輥上的正壓力；Fr1、Fr2分別為托輥?zhàn)饔糜谄蓚?cè)的摩擦力。正常情況下皮帶兩側(cè)縱向張力對稱相等，即FN1=FN2、Fr1=Fr2，皮帶位于輸送機(jī)中心位置，即O-O與O′-O′重合。

2 皮帶機(jī)跑偏原因分析

在實(shí)際生產(chǎn)中，要求皮帶運(yùn)行的理想狀態(tài)應(yīng)該滿足上節(jié)描述的受力情況，皮帶所受到的摩擦力與支撐力應(yīng)該對稱相等，保證皮帶中心和機(jī)架中心重合，皮帶運(yùn)行才能不偏不倚。如果受力情況發(fā)生變化，皮帶便會出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，如果跑偏情況嚴(yán)重，則稱為跑偏故障。為了有效解決及預(yù)防皮帶機(jī)跑偏現(xiàn)象，本節(jié)通過分析其跑偏的受力狀態(tài)來概括造成皮帶機(jī)跑偏的原因[1-3]。

圖1 皮帶受力示意圖

皮帶機(jī)跑偏，實(shí)質(zhì)就是皮帶與下部托輥相互作用力發(fā)生不協(xié)調(diào)作用力引起的。皮帶與托輥的相互作用情況如圖2所示。

圖2 皮帶跑偏受力分析示意圖

微段的平衡方程如式（1）所示：

式中：F為皮帶上的拉力；dF為微段上的拉力變化；dθ為微段內(nèi)皮帶與托輥的接觸角；dN為微段內(nèi)托輥對皮帶的支撐力；f為皮帶與托輥之間的摩擦系數(shù)。

通過積分處理，皮帶與托輥的完全受力公式如式（2）所示：

式中：∑Ff為皮帶與托輥的總摩擦力；F0為皮帶空載時(shí)的初拉力；f為摩擦系數(shù)；θ為摩擦角。

由此可知，皮帶與托輥之間的相互作用力與其接觸角、摩擦系數(shù)有很大關(guān)系。當(dāng)接觸角、摩擦系數(shù)因外部因素而發(fā)生變化時(shí)，相互作用力會發(fā)生傾斜，托輥是固定不動的，故受力變化會導(dǎo)致皮帶跑偏，從而發(fā)生跑偏故障。根據(jù)煤礦生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和受力情況的分析，可知導(dǎo)致兩者接觸角、摩擦系數(shù)發(fā)生變化，發(fā)生跑偏的原因有：

1）裝置從頭到尾不在一條中心線上。該原因是皮帶機(jī)安裝設(shè)計(jì)過程中造成的，皮帶機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾、中間架的位置不在一條直線上，會出現(xiàn)側(cè)向力，直接影響皮帶與托輥之間的受力情況。主要是因?yàn)檠b置的安裝順序是先驅(qū)動裝置后機(jī)尾等，故導(dǎo)致整個皮帶中心線發(fā)生偏移，影響正常運(yùn)行。

2）托輥架的中心線水平偏差過大。托輥架中托輥的垂直高度差會使皮帶與托輥之間產(chǎn)生橫向摩擦力，導(dǎo)致皮帶向較高一側(cè)的托輥偏移[4]。

3）皮帶機(jī)皮帶接頭在配裝時(shí)出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。皮帶搭接主要由機(jī)械搭接和硫化搭接完成，無論是哪一種搭接方式，如果接頭搭接有差，都會導(dǎo)致皮帶在接口處受力不均，逐漸發(fā)生跑偏現(xiàn)象。

4）物料落點(diǎn)不在中心線，或者分布不均。物料掉落時(shí)的重力影響以及物料堆積時(shí)的中心偏移都會導(dǎo)致皮帶受力不均，逐漸出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。

5）皮帶出現(xiàn)損傷及托輥等運(yùn)轉(zhuǎn)支撐件。沉積物料引起的跑偏。首先，皮帶是皮帶機(jī)主要的載物平臺與受力方。如果皮帶自身損傷程度不同，則會導(dǎo)致受力發(fā)生偏移，達(dá)不到平衡條件，從而出現(xiàn)跑偏；其次，托輥等部件由于煤渣等的沉積，使其回轉(zhuǎn)半徑與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致皮帶受力不均，從而出現(xiàn)跑偏[5]。

總之，皮帶機(jī)出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象的根本原因是皮帶的動力平衡被打破導(dǎo)致出現(xiàn)受力不均而造成的。在實(shí)踐生產(chǎn)中，必須時(shí)刻注意皮帶機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整。

3 皮帶機(jī)防偏技術(shù)分析

1）根據(jù)實(shí)際調(diào)整托輥組的相對位置，具體操作為：把皮帶偏移方向的托輥向前移，或把其反向的托輥向后移，如圖3所示。

2）調(diào)節(jié)滾筒位置，具體操作為：皮帶向右跑偏，右軸承座前移或左軸承座后移;皮帶向左跑偏，左軸承座前移或右軸承座后移。尾部滾筒則正好相反，直到調(diào)整到合適的位置為止。

3）安裝皮帶機(jī)防偏開關(guān)，具體原理為：防偏開關(guān)根據(jù)皮帶機(jī)的跑偏情況及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提醒有跑偏出現(xiàn)，當(dāng)跑偏超過規(guī)定值時(shí)，自動停機(jī)，及時(shí)制止，如圖4所示。

圖3 托輥組調(diào)整方法示意圖

圖4 皮帶機(jī)防偏開關(guān)示意圖

4）調(diào)整皮帶的張緊程度，具體操作方法為：選用合適的張緊方法，保證皮帶處于張緊狀態(tài)，同時(shí)，張緊操作時(shí)保證皮帶、支撐件的合理位置，保證中心線的重合。

5）調(diào)整炭料的下落點(diǎn)，具體操作方法為：用合適的導(dǎo)料槽等裝置，保證散煤落在皮帶中心，一般導(dǎo)料槽寬度要保持在皮帶寬度的2/3。同時(shí)在皮帶機(jī)上設(shè)置擋板，防止炭料中心的偏移。

4 結(jié)語

皮帶機(jī)發(fā)生跑偏與其受力狀態(tài)有很大關(guān)系，當(dāng)受力不再平衡時(shí)，皮帶就會跑偏。為了有效解決和預(yù)防跑偏，必須采取有效的預(yù)防手段和控制手段，其基本還是消除和平衡跑偏力。從皮帶機(jī)運(yùn)行時(shí)的受力情況分析跑偏原因和糾偏原理，有利于找到最本質(zhì)的原因，便于有針對性地提出合理高效的解決方案。在治理跑偏過程中，我們總結(jié)出一條規(guī)律：消除跑偏根源為主，利用糾偏裝置為輔。