传送带跑偏调正方法研究现状

王赵强，王 飞

(西山煤电集团 官地矿，山西 太原 030022)

带式输送机是实现煤炭生产运输的主要运输设备，具有连续输送能力强、传输距离远、运行效率高、适应性强等特点，在煤炭运输中起到重要作用，但在工作过程中极易出现打滑、跑偏等现象。在输送过程中，由于落料不均引起轴向受力不平衡，使传送带轴向左右滑动。若单侧偏移较多，传送带易在该侧形成褶皱堆积，被托辊端盖或机架刮伤甚至刮开撕裂，造成经济损失, 甚至对人身安全构成威胁[1].

针对带式输送机跑偏问题，国内学者对此作了大量研究，赖俊田设计了一种集机械—电动—气动于一体的全自动传送带调正机构[2]；李喆分析了带轮形状对传送带对中纠偏性能的影响，对传送带传动参数进行量化[3]；崔建红等研究了一种摆动托辊架可进行水平摆动与竖直摆动相复合的纠偏装置，纠偏过程中,该装置的纠偏辊在水平面旋转的同时在竖直平面摆动,具有更好的纠偏效果[4]；李青等提出了一种带式输送机液压调偏托辊装置[5]；李新华等介绍了一种无源液压纠偏装置[6]；周继昌提出了一种新型的并联机构式输送机纠偏系统[7].由于带式输送机本身结构复杂和工作环境恶劣，大多防跑偏装置都有一定的局限性，难以杜绝传送带跑偏。

1 跑偏原因

影响传送带发生偏移的原因很多，最主要的原因为以下几种：

1) 传送带本身存在质量问题，两侧张力不一致，合力对传送带中心线产生弯矩引起传送带跑偏。

2) 若采用托辊调偏装置，辊轴安装不到位倾斜或者辊轴转动不灵活时会产生分力使其对传送带中线产生弯矩引起跑偏。

3) 两侧滚筒安装时轴线未平行存在夹角，传送带会向倾斜一侧跑偏。

4) 落料时不能保证物料均落在传送带中心线上，若物料重量更大一侧长时间作用，其重力会对传送带中线产生弯矩，使传送带向物料更重一侧跑偏。

理论上滚筒轴线相互平行，传送带在传动中不会引起较大偏移。

2 纠偏方法

传送带发生偏移的原因主要是受力不均引起的轴向移动，故对传送带纠偏只要使其借助外力装置达到合力平衡即可。下面介绍工程实际中常用的两种纠偏实例，分别通过改变滚筒形状和采用外力装置—托辊达到纠偏的目的。

2.1 改变滚筒形状

改变滚筒形状实质是使滚筒形状由最初的直圆筒形状变为中间高两边低的鼓形或者两端锥形的结构。当传送带跑偏后，由于自身弹性仍能与滚筒啮合，其纠偏原理是：随着锥形轮转动，带动平传送带最高点不断向该水平位置锥形轮最远端移动，从而使传送带在轴线方向不断向锥形轮中心处平移，直至锥形轮两端传送带宽度相等，纠偏结束。下面对改变滚筒形状后对纠偏性能的影响进行分析，得出重点影响因素并提出相应解决方法。

实际应用中，传送带材料既非绝对刚性，亦非完全柔性，是介于柔性材料和刚性材料之间，可以承受一定程度的弯矩。

1) 若将传送带视为完全刚性，则平传送带在滚轮两端仍为直角，此时传送带便可视作两端支撑横梁。简化示意图见图1.

L1—传动轮中心距 W2—传送带最高点与最低点的距离 A—锥面最小直径图1 传送带完全刚性状态示意图

从图1中可以看出：

a) 两传动轮中心距越小，传送带弯曲程度越大，传送带弯曲曲率半径越小。

b) 锥形轮锥面锥度越大，即A越小，传送带最高点与最低点距离W2越大，传送带弯曲曲率半径越小。

2) 若将传送带视为完全柔性，则传送带不能承受任何弯矩，简化示意图见图2.

L1—传动轮中心距 A—锥面最小直径图2 传送带完全柔性状态示意图

从图2中可以看出，此时传送带无最高点与最低点，传送带弯曲曲率半径无穷大。

3) 实际中，传送带材料含有刚性物质，能承受一定程度的弯矩，简化示意图见图3.

图3 传送带一定刚性状态示意图

从图3中可以看出，传送带此时弯曲曲率半径介于完全刚性和完全柔性之间，传送带最高点与最低点实际高度W满足：0

结合锥形轮纠偏原理，得出影响锥形轮对中纠偏效果的主要因素为传动轮中心距和其锥度。中心距越小，传送带弯曲程度越大，对传动轴造成负载越大。同时，中心距越小，相同传输距离下需要的传动轮数量越多，运输成本更高。传动轮锥度越大，实现纠偏越快效果越好。但传动轮锥度越大，一方面传送带容易在带轮上打滑脱落，造成危险；另一方面，传送带形状在由直变弯再变直过程中，弯曲程度越大，疲劳失效可能性越大，传送带使用寿命亦会减小。除此之外，传送带刚度和传送带的对称度也会对纠偏效果产生影响。对以上影响因素的解决办法：控制传动轮中心距相对较大；结合传送带使用寿命合理控制传动轮各方面参数，包括传动轮数量和锥度；采用刚度适宜的橡胶材料，不仅耐磨性好，亦可将传送带弯曲程度控制在合适范围内；结合成本要求和零部件加工能力，合理控制传送带加工精度。

影响传送带跑偏因素中，中心距、传动轮锥度和数量等因素的防治方法已成熟，故目前主要研究通过改进传送带材料改变其刚度抑制传送带跑偏。

2.2 采用调偏托辊

调偏托辊之所以具有调偏功能，是当传送带向某一侧跑偏时，此侧的某种装置将对传送带产生一个阻力，从而被传送带拖动向传送带前进方向旋转，此时，托辊的辊子将对传送带产生一个向回拽的分力使其复位，起到调偏作用。

目前，常用的几种主要调偏托辊装置有：机械式、气动式、液动式、电动式和电液混合式。

1) 机械式托辊。

机械式托辊结构设计主要原理为依靠立辊为传送带提供回复力，若传送带向某侧偏移，则带动立辊做旋转运动，为传送带提供相反作用力，使传送带偏移程度降低，达到纠偏目的。目前研究方向是使托辊装置沿基座做单方向运动即水平旋转或者是复合运动(沿XY方向均可移动)达到纠偏的目的。若仅可单方向水平旋转，立辊力臂小，纠偏效果不好；若带宽较大会存在支撑不足的问题；若采用复合运动装置，自动调偏效果最佳。托辊架结构见图4.

1—托辊支架 2—立辊 3—回复弹簧 4—移动活塞 5—中间托辊 6—成槽侧辊 7—螺旋短托辊图4 托辊架示意图

2) 液压式调偏装置。

液压式调偏装置的核心是利用液压动力使托辊架沿支点转动，最早研究的是采用大型液压驱动，目前的研究是采用小型液压泵作动力源，如小型齿轮泵，称为有源方法[5]；或者直接设计新型液压回路以跑偏传送带为动力源实现纠偏，称为无源方法[6]. 另外，若将传统单个液压缸结构改为并联结构式，可克服单个液压缸发生故障引起的纠偏失效问题[7]. 无源动力源纠偏装置及纠偏装置液压系统工作原理见图5.

3) 气动式调偏装置。

气动式调偏装置调偏机理与液动式相同，区别只在于动力源不同[8].

4) 电液混合式调偏装置。

电液混合式调偏装置与普通液动式调偏装置区别是添加了方向传感器，动力强、识别准、纠偏速度快，可随时监测跑偏趋势并立即纠正，不用接触传送带即可实现纠偏，避免了传送带被损坏。其中，电液式纠偏装置设计的关键部分是液压伺服系统，该系统是一个位置控制伺服系统，传感器将检测到的传送带偏移量转换为电信号(电压或者电流信号)，经放大器传到伺服阀中，伺服阀将该信号转化为负载或者流量，调节尾部滚筒轴线，实现纠偏[9]. 液压伺服系统方框图见图6.

1—检驱轮 2—液压箱 3—调心托辊 4—集成梁 5—液压缸a) 无源液压纠偏装置结构图

b) 无源液压纠偏装置液压系统工作原理图图5 液压式纠偏装置结构图

图6 液压伺服系统方框图

5) 纯电动式调偏装置。

纯电动调偏装置的核心部件是位置传感器，对偏移位置信息处理，使用机械传动方法如蜗轮蜗杆传动使托辊支架绕中心旋转一定角度，待纠偏结束后回到原始位置。纯电动式纠偏装置结构示意图见图7.

图7 采用蜗轮蜗杆传动的纯电动纠偏装置结构示意图

综上所述，使用电液混合式调偏装置和纯电动式纠偏装置调偏精度高，其核心部分是控制系统，即处理采集到的数据进而指导纠偏。

3 传送带调偏发展趋势

通过改变滚轮形状实现纠偏，对中效果好，成本小，是一般工业运输机上常用的方法。目前，对锥形轮纠偏性能影响的研究已成熟，主要研究方向为改变传送带化学成分，增加其力学性能，防止传送带撕裂破坏。

随着动力学仿真软件的普遍应用，使用动力学仿真软件 ADAMS结合三维建模软件对液压力调偏装置进行仿真，既节省实验成本又拥有良好的仿真效果，仿真结果亦可指导调偏装置设计改进。托辊调偏装置自动化、智能化是下一步的研究重点，其核心是纠偏控制系统，即使用单片机、DSP等控制器采用模糊算法等对各种传感器采集到的信号进行处理，执行机构收到控制器指令后指导纠偏。

4 结 论

传送带是矿井生产中的主要运输设备，分析了传送带跑偏的原因，并提出了改变滚筒形状和采用调偏装置的方法达到纠偏的目的。通过改变滚筒形状实现纠偏的方法已成熟，目前主要研究的是调偏装置。调偏装置中的电液混合式调偏装置及纯电动式纠偏装置调偏精度高，其核心是纠偏控制系统。