使用托辊组―防止胶带机胶带跑偏的途径分析

范丽 王猛

摘 要：防止胶带跑偏是胶带机设计中必须考虑的问题，其中使用托辊组来调整和纠正胶带的跑偏是应用比较广泛的方法之一。本文从工作原理上论述了上、下调心托辊组、槽型前倾托辊组、下V托辊组的托辊机构和防跑偏原理。最后对使用托辊组调偏的应用前景作了讨论型的分析。

关键词：胶带机；胶带；跑偏；托辊组

中图分类号：TH222 文献标识码：A

在胶带机运行过程中，由于胶带制作的偏差、托辊轴承缺陷、机架变形、物料堆积偏心以及张力分布不均等种种原因，常常出现胶带跑偏的现象。在皮带机运行过程中，跑偏量在5%以内都是被允许存在的，但是当跑偏量超过5%以后，就要采取一定的措施进行适当纠偏。胶带跑偏会使胶带与托辊支架相互摩擦，使得胶带带面磨损，同时还有可能引起胶带机运送物料的外溢，更甚会导致胶带机紧急停车，影响生产，造成较大的经济损失。防止胶带跑偏是胶带机设计中必须考虑的问题，其中使用托辊组来调整和纠正胶带的跑偏是应用比较广泛的方法之一。本文就胶带机设计中可以采用的上、下调心托辊组、槽型前倾托辊组、下V托辊组的机构形式、防跑偏原理以及优缺点进行逐一论述：

1 防止上胶带跑偏

防止上胶带跑偏的方法有上调心托辊组、槽型前倾托辊组。

1.1 上调心托辊组

调心托辊组一般由托辊辊子、立辊、托辊支架和回转支架四部分组成，如图1所示。上调心托辊组防止胶带跑偏的原理是：如果胶带机的胶带跑偏达到设计允许跑偏量的最大值时，就会碰到侧端的立辊，将给立辊施以正压力N和摩擦力N·f，立辊受到的力会对回转支架中心产生力矩，托辊支架将绕回转支架中心转动角度β，从而带给托辊支架上的三个托辊辊子与运行方向一致的合力F，这个合力F分解为两个分力Fγ和Fa，分力Fγ使托辊辊子绕中心线转动，分力Fa使托辊辊子轴向受力，由于托辊辊子固定在托辊支架上的，无法移动，从而使得托辊辊子给胶带一个反作用力，与Fa大小相等，方向相反，这个反作用力就会促使胶带复位，其受力分析图如图2所示。上调心托辊组虽然对防止胶带跑偏有一定的效果，但也存在一些缺点。其分析如下：

（1）如圖2所示，上调心托辊组对胶带施以的反作用力大小为：Fa′=Fa=Fγtgβ。其中：Fa′-胶带所受到的托辊辊子的反作用力；Fγ-使托辊辊子绕中心线的转动力；β-托辊支架转角。在Fa′的公式中，Fγ为托辊辊子运行阻力，相对于对单个上调心托辊组来说，数值较小，另外托辊支架转角β值一般为10度左右，所以Fa′数值较小。在胶带机托辊布置中，每10组普通槽型托辊组才安装一组上调心托辊组，因此其调心效果较小。

（2）如果胶带机逆向运动，即运行速度反向，从图2中可以看出，F、Fγ、Fa各力也相反，胶带在Fa的反作用力影响下就会越跑越偏。因此上调心托辊组在可逆式胶带机上不可使用，有一定的局限性。

（3）胶带机运输的环境一般都比较恶劣，粉尘大，湿度大，回转支架与相配合的轴之间接触容易被锈蚀，直接影响到调偏效果。

上述这些为上调心托辊组的在胶带纠偏时的使用缺陷，在胶带机设计选型时要尤为注意。

1.2 槽型前倾托辊组

槽型前倾托辊组就是将普通槽型托辊组中的两个侧托辊辊子统一地沿着皮带机运行方向前倾一定的角度，在设计中这个角度一般取1～3度，如图3所示。槽型前倾托辊组的防纠偏原理是：托辊组两侧辊子的中心线与胶带的运行方向不再垂直，而是前倾了一个角度γ，因此，托辊组两侧辊子将产生力FA和FB，如图4所示，使胶带往中心移动，起到纠偏效果。在胶带机正常运行时，托辊组两侧辊子与胶带接触的长度是一样的，胶带与两侧辊子的摩擦力也相等，所以使胶带横向移动的分力也相等，既FA与FB相等。胶带中心线和胶带机中心线重合。当胶带受各种因素而向一侧跑偏时，托辊组两侧辊子与胶带接触的长度就不再相等，胶带中心线与胶带机中心线也不再重合，如图4所示，假设胶带向A侧辊子跑偏，胶带与A侧托辊辊子的接触长度增加，其摩擦力Fγ相对减少。

即FA=FγAtgγ，FB=FγBtgγ

由于FγA大于FγB，所以FA也大于FB，两力之间产生力F，使得胶带向中间移动，直至达到中间，整体得到平衡，起到纠偏效果。但是，在使用槽型前倾托辊组时，胶带运行阻力也明显增加。在胶带机选型设计中，也要考虑到因托辊辊子前倾而导致增加的前倾阻力，其具体公式如下：Ft=0.12L（q0+q）cosαsinγ

其中：Ft-槽型托辊组因前倾而增加的阻力；L-安装有槽型前倾托辊组的胶带机长度；q0-每米胶带的重量；q-每米胶带输送物料的重量；α-胶带机倾斜角度；γ-槽型前倾托辊组的前倾角度。因此，使用槽型前倾托辊组，胶带机运行功率将增大，运输成本增加。

2 防止下胶带跑偏

防止下胶带跑偏的方法有下调心托辊组、下V托辊组两种结构。其中下调心托辊组的纠偏原理与上调心托辊组一致，因此不再赘述。下面主要对下V托辊组的结构形式和纠偏原理进行论述：

下V托辊组由两节托辊辊子和辊子支架组成，如图5所示，两个辊子与水平面成α夹角，形成V形，其中α夹角一般托辊设计时取10度。

下V托辊组的纠偏原理分析如下：

在胶带机正常运行时，胶带中心线与胶带机中心线重合，两节托辊辊子上所承受的胶带重量也一致，因胶带自重而产生的胶带横向作用的力T1和T2相等，如图6所示。

当胶带向一侧跑偏时，两节托辊辊子上所承受的胶带重量将发生改变，胶带跑偏侧的胶带接触长度增加，所承受的胶带重量变大，而另一侧则相对的接触长度减少，承受重量减轻。由胶带横向作用力：T1=G1sinα；T2=G1sinα。由于L2大于L1，所以G2大于G1，从而T2大于T1，两力之间抵消产生力T，使得胶带向中间移动直至平衡，起到纠偏效果。

由以上论述可知，利用托辊组来防止胶带跑偏，理论上是正确的，也在实际中得到了广泛应用，起到较好的纠偏效果。但是，也应看到，这些防止胶带跑偏的托辊组，在使用中也都存在了各种不足。在今后的工作中，利用托辊组如何做到既有效地防止胶带跑偏，又能够克服托辊组在纠偏过程中所存在的各种缺陷，这也是以后工作中进一步研究的课题。

参考文献

[1]机械工业部北京起重运输机械研究所.DTⅡ型固定式带式输送机设计选用手册[M].北京：冶金工业出版社，1994.

[2]宋伟刚.散状物料带式输送机设计[M].东北大学出版社，2000.