鄧 蕊

（唐山鋼鐵國際工程技術(shù)有限公司煉鐵原料部，河北唐山063000）

1 引言

可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)同傳統(tǒng)的皮帶運(yùn)輸機(jī)相比，工作原理基本相同，只是增加了貯帶、收放帶裝置，使得皮帶機(jī)具有可伸縮性能。作為一種典型的摩擦傳動(dòng)連續(xù)式運(yùn)輸設(shè)備，由于其具有伸縮長度大、輸送距離長、輸送能力強(qiáng)、工作阻力小、相對經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，故在冶金行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。皮帶是可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)中的重要構(gòu)成部分，且成本占到皮帶機(jī)整機(jī)成本的將近40%，考慮到當(dāng)前可伸縮皮帶機(jī)運(yùn)行過程皮帶易出現(xiàn)跑偏問題，同時(shí)企業(yè)技術(shù)人員對于故障原因缺乏針對性的調(diào)整方法，調(diào)偏效果不理想，降低了皮帶的使用壽命，直接影響到生產(chǎn)正常作業(yè)，增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，給企業(yè)造成巨大的浪費(fèi)。

2 運(yùn)輸機(jī)皮帶跑偏力學(xué)分析

在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，皮帶所受的荷載非常復(fù)雜，除縱向的拉應(yīng)力外，還受到滾筒（托輥）的彎曲應(yīng)力。皮帶作為承載構(gòu)件和牽引構(gòu)件，主要依靠皮帶與滾筒間的摩擦力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)的皮帶跑偏可以發(fā)生在設(shè)計(jì)、制造安裝、使用運(yùn)行階段，但本質(zhì)可以歸結(jié)為皮帶兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)力不平衡，皮帶受到托輥（或滾筒）產(chǎn)生側(cè)向力導(dǎo)致皮帶在承載段跑偏。

皮帶在正常運(yùn)行時(shí)，提供托輥（或滾筒）牽引力Fq，方向同圖1所示輸送帶運(yùn)行方向，由于皮帶中心線和滾筒的軸線呈現(xiàn)角度關(guān)系，所以Fq沿托輥（或滾筒）方向進(jìn)行分解，也即Fc和Fz，前者使托輥（或滾筒）產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢，后者使托輥（或滾筒）沿著軸向產(chǎn)生移動(dòng)趨勢，考慮到皮帶托輥支架的固定托輥的不可移動(dòng)性，根據(jù)作用力與反作用力原理，它必然就會(huì)對皮帶產(chǎn)生反作用力Fy，帶動(dòng)皮帶向相反側(cè)移動(dòng)，如圖1所示，最終導(dǎo)致皮帶跑偏。

圖1 皮帶跑偏力學(xué)分析模型

3 可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)在不同階段的跑偏原因分析

可伸縮皮帶機(jī)的皮帶跑偏原因復(fù)雜，可能是單一原因造成，也可能是多種原因綜合作用導(dǎo)致，在進(jìn)行皮帶機(jī)皮帶跑偏的故障分析時(shí)，應(yīng)結(jié)合質(zhì)量控制分析方法，從皮帶機(jī)生命周期的設(shè)計(jì)、制作安裝、使用運(yùn)行三個(gè)階段可以對皮帶機(jī)進(jìn)行全方面原因分析。

3.1 設(shè)計(jì)階段對皮帶跑偏的影響

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)的前期方案策劃，具體施工圖設(shè)計(jì)時(shí)側(cè)重考慮委托方設(shè)備初始投資成本，并且皮帶機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)主要使用程序設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致出圖時(shí)對皮帶跑偏預(yù)防措施重視程度不夠，對圖紙優(yōu)化設(shè)計(jì)不夠，導(dǎo)致對可伸縮皮帶機(jī)皮帶跑偏采取的預(yù)控措施不到位。

3.2 制作安裝階段對皮帶跑偏的影響

可伸縮皮帶機(jī)設(shè)備制作安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行，避免制作、安裝導(dǎo)致誤差引起皮帶跑偏，筆者對多起現(xiàn)場皮帶機(jī)故障的調(diào)查分析認(rèn)為，因?yàn)槠C(jī)安裝人員在安裝時(shí)不專業(yè)、安裝后對各設(shè)備構(gòu)件和整機(jī)缺少反復(fù)調(diào)試，導(dǎo)致皮帶機(jī)在初始安裝階段的安裝精度不符合規(guī)范、設(shè)計(jì)要求，使可伸縮皮帶機(jī)在制造、安裝時(shí)出現(xiàn)問題，導(dǎo)致皮帶跑偏主要體現(xiàn)在以下方面。

3.2.1 張緊裝置安裝不到位

張緊裝置安裝偏差較大，會(huì)影響滾筒、托輥等部件的安裝精確度，對整個(gè)皮帶機(jī)的安裝具有重要意義。

3.2.2 滾筒、托輥安裝位置不正

在進(jìn)行滾筒、托輥安裝時(shí)，部件的安裝位置與皮帶機(jī)縱向軸線偏差較大，造成皮帶在承載長度內(nèi)跑偏。但是研究發(fā)現(xiàn)，皮帶在改向滾筒處和驅(qū)動(dòng)滾筒的傾斜處跑偏嚴(yán)重，但是總體呈現(xiàn)出越往前皮帶跑偏越輕，與皮帶運(yùn)行所處位置關(guān)系不大。

3.2.3 機(jī)架安裝不到位

機(jī)架安裝不到位會(huì)使皮帶受到側(cè)向力作用，影響皮帶的正常運(yùn)行，機(jī)架安裝不到位主要表現(xiàn)為機(jī)架安裝歪斜，具體包括機(jī)架的中心線歪斜和機(jī)架兩邊高低的傾斜。

3.2.4 皮帶接頭不平直引起的跑偏

皮帶本身制作不直，或者在對皮帶進(jìn)行硫化接長時(shí)，接頭不平直，使得皮帶切口同皮帶縱向中心線不垂直，容易導(dǎo)致皮帶受力不勻，造成皮帶跑偏。

3.3 使用運(yùn)行階段對皮帶跑偏的影響

在皮帶機(jī)的使用運(yùn)行階段，由于日常對皮帶機(jī)的維護(hù)不周，對皮帶的保養(yǎng)不到位，操作時(shí)工人不能嚴(yán)格遵守操作要求，也導(dǎo)致了皮帶跑偏，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.3.1 皮帶松弛

皮帶在使用一段時(shí)間后，由于皮帶始終處于受力狀態(tài)，皮帶將會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形和老化現(xiàn)象，使皮帶的張緊力下降，造成皮帶松弛，引起皮帶的跑偏。

3.3.2 物料不均勻分布

物料下落方向和位置不正確是物料不均勻分布導(dǎo)致皮帶跑偏的重要原因，最常見的情況就是物料在皮帶兩邊分布不均勻，表現(xiàn)在皮帶空轉(zhuǎn)時(shí)不跑偏，負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)跑偏。

3.3.3 滾筒、托輥粘料

冶金物料均有一定的黏性，同時(shí)由于摩擦作用，會(huì)同滾筒或托輥發(fā)生粘連，導(dǎo)致滾筒或托輥筒徑變大，使皮帶兩側(cè)張緊力不均勻，導(dǎo)致皮帶跑偏。

3.3.4 皮帶運(yùn)行過程的振動(dòng)

振動(dòng)是皮帶運(yùn)行過程中的常見狀態(tài)，一般規(guī)律為皮帶振動(dòng)程度同皮帶運(yùn)行速度成正比，長時(shí)間的機(jī)械振動(dòng)必然導(dǎo)致皮帶出現(xiàn)跑偏。

3.3.5 導(dǎo)料槽兩端膠皮壓力不勻

這種情況會(huì)造成皮帶兩端運(yùn)行阻力不同，處理相對容易，一般通過調(diào)整皮帶兩側(cè)橡膠板壓力即可。

4 可伸縮皮帶機(jī)皮帶糾偏的控制措施

針對可伸縮皮帶機(jī)皮帶跑偏的故障，在已經(jīng)分析清楚皮帶跑偏的原因后，設(shè)計(jì)單位、制作安裝單位和使用企業(yè)應(yīng)當(dāng)采取針對性的預(yù)先、事后控制措施，依據(jù)消除輸送帶兩側(cè)所受的驅(qū)動(dòng)力不平衡及皮帶受到側(cè)向力的原則，采取相應(yīng)的對策來進(jìn)行調(diào)整。

4.1 設(shè)計(jì)階段進(jìn)行皮帶糾偏的控制對策

4.1.1 合理的選擇輸送皮帶

輸送帶的選用是根據(jù)輸送機(jī)的線路布置、輸送的材料和使用條件來進(jìn)行的。作為整體施工圖設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，皮帶的選擇與皮帶輸送機(jī)的其他機(jī)械部件的設(shè)計(jì)密切相關(guān)，同時(shí)也對工程造價(jià)產(chǎn)生重要影響。

4.1.2 采用自動(dòng)調(diào)心托輥

自動(dòng)調(diào)心托輥分為槽型和平行兩種類型，具有對皮帶進(jìn)行自動(dòng)糾偏的能力，其糾偏原理可以簡單概括為在皮帶跑偏時(shí)，通過使托輥在平面內(nèi)產(chǎn)生的橫向推力使皮帶糾偏，尤其適用于雙向運(yùn)行皮帶機(jī)環(huán)境和皮帶機(jī)總長度較短，當(dāng)皮帶跑偏時(shí)，調(diào)心托輥在載荷的作用下沿中軸線產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使輸送帶回到中心位置，如圖2所示。

圖2 可逆自動(dòng)調(diào)心托輥示意

4.1.3 設(shè)置防跑偏開關(guān)

防跑偏開關(guān)一般可以設(shè)置在皮帶輸送機(jī)的頭部和尾部，當(dāng)輸送帶在運(yùn)行中跑偏時(shí)，皮帶推動(dòng)防跑偏開關(guān)的擋輥，在限度內(nèi)使擋輥觸及開關(guān)，產(chǎn)生斷電動(dòng)作，停止皮帶機(jī)運(yùn)行，如圖3所示。

圖3 防跑偏開關(guān)

4.2 制作安裝階段對皮帶糾偏的控制對策

對制作、安裝誤差引起的皮帶跑偏，主要在于采取精度控制措施消除誤差，具體對策體現(xiàn)如下。

4.2.1 滾筒（驅(qū)動(dòng)、改向）安裝的精確調(diào)整

滾筒的安裝位置軸線必須精確調(diào)整，保證垂直于皮帶機(jī)長度方向的中心線?？紤]到傳動(dòng)滾筒調(diào)整距離的有限性，首先調(diào)整傳動(dòng)滾筒軸心線與皮帶機(jī)縱向軸線垂直，然后采用拉緊裝置調(diào)整改向滾筒軸承座的位置來保證安裝精度，整個(gè)滾筒調(diào)整過程需要反復(fù)進(jìn)行，直至皮帶運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到理想條件，如圖4所示。

圖4 傳動(dòng)滾筒與改向滾筒調(diào)整示意圖

4.2.2 張緊裝置的精確調(diào)整

因?yàn)閺埦o裝置施加初始張力給皮帶，保證皮帶與滾筒間有足夠的摩擦驅(qū)動(dòng)力，因此在安裝時(shí)，安裝工人更應(yīng)注意安裝偏差問題，應(yīng)控制遵守張緊裝置的改向滾筒滿足“雙垂直”原則，即垂直于皮帶長度方向，同時(shí)垂直于重力垂線，以保證其軸中心線水平，保證張緊裝置的正常發(fā)揮作用。

4.3 使用運(yùn)行階段對皮帶糾偏的控制對策

為了延長皮帶壽命，保證皮帶機(jī)安全可靠運(yùn)行，必須加強(qiáng)對皮帶的日常維護(hù)，控制使用過程可能出現(xiàn)的造成皮帶跑偏的不利因素，具體控制對策如下。

4.3.1 動(dòng)態(tài)地調(diào)整轉(zhuǎn)載點(diǎn)處的出落料位置，控制物料在皮帶的中部

因?yàn)槲锪鲜莿?dòng)態(tài)、持續(xù)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，此項(xiàng)措施需要人工不間斷地監(jiān)控，需要?jiǎng)討B(tài)的調(diào)整，在調(diào)整過程中可能存在較多的不確定因素，調(diào)整難度相對較大，對操作人員的能力要求較高，同時(shí)設(shè)計(jì)、安裝過程也應(yīng)采取相關(guān)措施為使用過程方便操作創(chuàng)造條件，譬如，安裝時(shí)可以相對加大兩條皮帶機(jī)的相對高度，設(shè)計(jì)時(shí)仔細(xì)考慮上下漏斗、導(dǎo)料槽等件的形狀與尺寸等，同時(shí)可以增加擋料板改變物料的下落方向和位置。

4.3.2 合理調(diào)整張緊裝置，保證滾筒軸線位置準(zhǔn)確

使用過程中，針對張緊裝置的不同類型，操作人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合皮帶實(shí)際運(yùn)行情況對張緊裝置進(jìn)行合理調(diào)整。對于重錘張緊裝置而言，利用其重力垂線特點(diǎn)，其上部的改向滾筒應(yīng)垂直于皮帶長度方向，同時(shí)垂直于重力垂線。對于螺旋張緊裝置，為保證滾筒軸線與皮帶長度方向垂直，其張緊滾筒的軸承座應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)同步平移。

4.3.3 正確調(diào)整托輥組

一旦發(fā)現(xiàn)皮帶機(jī)的皮帶在整個(gè)皮帶運(yùn)輸機(jī)的中部跑偏，可以對托輥組的位置進(jìn)行正確調(diào)整來糾偏，如圖5所示。

圖5 托輥組調(diào)整示意圖

4.3.4 堅(jiān)持皮帶機(jī)日常清潔，定期清掃粘連物料

物料的粘連容易造成滾筒面變形，導(dǎo)致皮帶跑偏，必須保持對皮帶機(jī)工作部件的日常清掃，定期清除皮帶機(jī)的沉積物料，保證清掃板與皮帶的接觸均勻，定期清掃落料筒內(nèi)的物料，避免落料點(diǎn)偏斜。

5 新型皮帶自動(dòng)調(diào)偏裝置的研究

考慮到傳統(tǒng)皮帶糾偏措施大多需要停機(jī)調(diào)試和人工監(jiān)視操作，既費(fèi)時(shí)，又耗工，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中針對皮帶糾偏專門進(jìn)行了新型皮帶自動(dòng)調(diào)偏裝置的研制和設(shè)計(jì)，并在實(shí)踐中取得了良好效果。

皮帶自動(dòng)調(diào)偏裝置是一種新型高效的帶式輸送機(jī)防跑偏裝置，是防跑偏理念更新與提升。皮帶自動(dòng)調(diào)偏裝置可以自動(dòng)監(jiān)測、調(diào)整皮帶的跑偏。它由跑偏檢測裝置、基座、旋轉(zhuǎn)架、調(diào)正滾筒組、全自動(dòng)調(diào)正輪伺服機(jī)構(gòu)及電控箱組成（如圖6所示）。跑偏檢測裝置沿輸送帶兩側(cè)對稱成對安裝，一般安裝在帶式輸送機(jī)的尾部。跑偏檢測裝置的觸臂上設(shè)有傳感器，調(diào)正滾筒組下設(shè)有旋轉(zhuǎn)架和齒輪電動(dòng)機(jī)。電控箱安裝在距調(diào)正輪1500～5000m m的通廊或轉(zhuǎn)運(yùn)站的墻壁上。在電控箱內(nèi)設(shè)有控制電路與減速電動(dòng)機(jī)、傳感器連接，減速電動(dòng)機(jī)可以驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)支架旋轉(zhuǎn)。

圖6 皮帶調(diào)偏裝置

本裝置的工作原理：輸送機(jī)的托輥旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)皮帶向前，皮帶不偏離正常工作位置時(shí)將不接觸跑偏檢測裝置，若皮帶偏離后與跑偏檢測裝置接觸，傳感器產(chǎn)生信號后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并推動(dòng)旋轉(zhuǎn)支架緩慢旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)的過程中，皮帶在旋轉(zhuǎn)支架的帶動(dòng)下讓與偏離方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，逐漸回到正常位置。這時(shí)皮帶邊緣離開跑偏檢測裝置的觸臂，傳感器不再產(chǎn)生信號，電路處于截至狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)，糾偏停止，達(dá)到自動(dòng)調(diào)偏的目的。

此調(diào)偏裝置可以在惡劣條件下正常工作，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可以大幅度地降低人力消耗，提高工作效率,具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

6 結(jié)論

皮帶跑偏的原因雖然多種多樣，但是通過主動(dòng)地對皮帶事前、事中、事后采取合理的糾偏措施，通過可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)皮帶糾偏的不同控制措施的靈活運(yùn)用，做好使用過程中的維護(hù)保養(yǎng)，可以顯著提高皮帶的使用壽命及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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