带式输送机滚筒表面磨损仿真分析及控制

邢桂霞

（晋能控股煤业集团煤峪口矿调度室， 山西 大同 037003）

引言

带式输送机是进行煤炭输送的主要设备，在煤炭生产中具有重要的作用。滚筒作为带式输送机驱动输送带的部件，对于带式输送机的运行稳定性具有重要的影响。随着煤炭开采效率的提升，带式输送机的输送性能也向着大型化的方向发展，对滚筒的运行提出了较高的要求。由于在煤炭的输送过程中，带式输送机的使用寿命较长，在实际的生产过程中，滚筒容易产生磨损失效现象，对煤炭的输送生产造成一定的影响。高性能耐磨的滚筒是重点研究发展的方向，针对滚筒的磨损进行分析，并采取相应的措施控制滚筒的磨损，对于避免滚筒失效现象的发生，保证带式输送机的稳定运行具有重要的意义。

1 滚筒胶面磨损分析

滚筒作为驱动及制动部件，在与输送带的接触过程中，其外层的筒皮也会产生一定的磨损，常采用在外表面进行包胶的形式避免筒体的磨损，在实际使用过程中，外层包胶也存在磨损。对于胶面的磨损，容易造成带式输送机的损坏或者输送带的跑偏，不利于煤炭的输送。造成胶面磨损的主要原因是滚筒与输送带之间产生滑动，引起磨损。

滚筒使用过程中造成滑动的因素较多，包括输送带张紧力的大小、滚筒的滑动角、输送带的结构形式、摩擦系数等，这些不同的因素共同作用于滚筒外侧胶面，使得滚筒产生打滑现象，引起胶面的磨损。此外，在煤炭输送的过程中，当输送带与滚筒之间存在着散落的煤炭颗粒时，在输送带压力下，颗粒物会加速滚筒胶面的磨损，并且颗粒物包覆在滚筒胶面上，损伤了滚筒胶面，使得胶面的磨损不均，抗拉强度降低，造成胶面的磨损加剧。

避免胶面颗粒物引起的磨损应保证滚筒在使用中尽量密闭，减小颗粒物附着。针对滚筒胶面磨损打滑的因素，采用MATLAB 仿真分析的方式对参数的影响作用进行定量分析，从而更好地控制胶面的磨损。

2 滚筒胶面磨损的仿真分析

针对影响滚筒打滑的因素，采用定量分析的方式进行仿真运算，依据某带式输送机型号，设定滚筒的直径为200 mm，摩擦系数为0.3，滚筒的胶面抗拉强度为2 GPa，采用MATLAB 进行仿真分析。

2.1 滑动角引起的磨损分析

滑动角对胶面的磨损具有重要的影响，针对滑动角的影响进行分析。在MATLAB 软件中设定滚筒的状态，在不同的滑动角下进行胶面磨损的运算，在输送带张力稳定的工况下，得到滚筒胶面磨损的变化如图1 所示。从图1 中可以看出，在滑动角逐渐增加的过程中，滚筒胶面的磨损呈现线性增长的趋势，并且角度在变化的过程中，磨损率的增加几乎保持一致。因此，在胶面磨损中，滑动角的影响较大，需要控制滚筒的滑动角。在使用过程中，当存在磨损较为严重时，可以依据实际工况调整滚筒的位置，从而减小滑动角度，降低滚筒的胶面磨损。

2.2 输送带张力引起的磨损分析

改变滑动角的，会对输送带的张力产生影响，增加输送带的张力，有利于提高带式输送机的牵引输送能力，但同时也会增加滑动角，不利于减小滚筒胶面的磨损，因此，针对输送带的张力作用进行仿真分析。

图1 滚筒胶面磨损随滑动角的变化曲线

采用MATLAB 软件设定滚筒的状态，不同的张力下对滚筒的胶面磨损进行分析，得到如图2 所示的磨损变化曲线。从图2 中可以看出，在张紧力较低时，滚筒的磨损较小，当张紧力增加到一定值后，滚筒的磨损量呈现指数级较大的增加。在滚筒的张紧过程中，对于输送带的张紧力应确定最优的数值，避免滚筒的较大磨损。

图2 滚筒胶面磨损随输送带张力的变化曲线

由于滑动角和输送带的张力相关，为直观地观测两者对滚筒胶面磨损的影响，在两者同时变化的过程中，对滚筒的磨损进行仿真，得到如图3 所示的滚筒胶面磨损变化图。从图3 中可以看出，在两者之中，输送带的张力对于滚筒的磨损影响作用较大，对于输送带的张力进行控制是减小磨损优先考虑的方法。输送带的张紧力大小一般由张紧滚筒进行调整，因此，张紧滚筒的位置对于减小滚筒胶面磨损具有重要的影响，因此要选择合适的张紧滚筒位置。

2.3 输送带钢丝直径引起的磨损分析

在带式输送机的设计过程中，依据运量的大小进行输送带的选择，但在使用过程中，输送带内部的钢丝直径对输送带的抗拉强度具有较大影响。输送带钢丝直径的大小不同，对于输送带作用于滚筒上的压力不同，从而影响到滚筒的胶面磨损。针对输送带的钢丝直径变化进行仿真分析。

图3 滚筒胶面磨损随滑动角及张力的变化趋势

采用MATLAB 软件设定滚筒及输送带的工况，得到如图4 所示的滚筒胶面磨损的变化曲线。从图4 中可以看出，在输送带的钢丝直径变化的过程中，滚筒的胶面磨损呈现较快减小的趋势，较大的钢丝直径有利于降低滚筒的胶面磨损，钢丝直径到达一定值后，对于滚筒的磨损作用较小。因此，在进行输送带的设计选择过程中，应选择较大的钢丝直径，确定合理的输送带强度，降低滚筒的胶面磨损。

图4 滚筒胶面磨损随输送带钢丝直径的变化曲线

3 结论

带式输送机在使用过程中，由于滚筒与输送带之间的打滑，容易造成滚筒表面的胶面磨损，引起带式输送机运行的偏差，影响煤炭的输送。对带式输送机滚筒打滑的因素采用MATLAB 进行仿真分析。结果表明，滑动角、输送带的张力及输送带钢丝直径对于滚筒的胶面磨损均具有较大的影响，减小滑动角、减小输送带张力及增加输送带钢丝直径有利于减小滚筒的胶面磨损，其中滑动角和输送带张力作用相互关联，应以减小输送带张力为主进行调整。通过采取相应的措施，控制滚筒的胶面磨损，从而延长滚筒的使用寿命，提高带式输送机的运行稳定性，从而更好地进行煤炭的输送。