输送机皮带受料不均跑偏纠偏辅助装置设计及应用

林阳辉

（福建马坑矿业股份有限公司）

皮带输送机因输送距离远、能耗低及稳定性高等优点，被广泛应用于矿石运输；但皮带输送机的运行工况恶劣，受料不均等问题常造成皮带机跑偏、皮带撕裂等故障［1-3］，影响输送机的正常运行，严重的会造成设备损坏，降低输送机皮带的使用寿命，甚至人员伤亡等事故［4-6］。为了保障皮带输送机的运行安全，设计一种安全性能好、可靠性能高的新型自动纠偏装置具有重要意义。

当前，皮带输送机的皮带纠偏装置形式较多，通用的纠偏装置为机械式或自动化式，但实现皮带纠偏的原理相近，且倾向智能化发展。机械式的纠偏装置基于调偏托辊架，结构简单，成本低，但其稳定性差及纠偏效果不明显；自动化式相对机械式纠偏效果较好，但成本高。皮带输送机在运行时，当纠偏装置传感器检测到皮带跑偏时，自动化纠偏装置根据信号数据自动调节装置，根据皮带跑偏严重情况自动下达调偏指令，实现输送带的自动调偏功能，且随着技术的创新，逐步实现皮带的智能化纠偏。

目前，带式输送机纠偏装置根据其驱动方式通常分为无动力和有动力。无动力纠偏装置主要依靠皮带跑偏时对托辊产生的推力作为其驱动力的输入，称为无动力自动纠偏装置，其工作机理是当输送机皮带跑偏时，皮带的边缘就会挤压在侧边竖立检测托辊上形成力矩，由检测托辊轮受力促使其带动托辊架绕纠偏装置的轴心旋转某个角度，由于皮带运行方向与纠偏托辊旋转平面的不重合，由此产生的摩擦力促使跑偏的皮带重新回到中心位置。有动力纠偏装置的工作机理是当输送机皮带跑偏时，皮带的边缘挤压侧边竖立检测托辊的传感器，并带动油泵旋转，导致油泵从纠偏装置的油箱里抽液压油，将其输出油压入专用油缸的一个工作腔，其另一个工作腔内的液压油经控制阀回到纠偏装置的油箱中，根据皮带跑偏往复运动，驱动支架偏转达到皮带调正，保证皮带输送机的正常运行。

根据目前皮带输送机的跑偏检测和纠偏装置在实际运行工况中存在的问题，综合分析输送机皮带在不同工况下，由于双边受料突然停止一边受料或侧边受料均会导致皮带受力不均，发生跑偏现象。根据输送机皮带受力分析情况，提出一种新型的皮带纠偏辅助装置。经理论受力分析，皮带纠偏辅助装置能够抵消输送机皮带单边受力不均的缺陷，保证皮带受力均匀不跑偏，且可用于工况恶劣的皮带输送机上，保障生产平稳运行。

1 输送机皮带跑偏原因分析

皮带输送机通常由环形结构的输送带、托辊、滚筒、传动装置及驱动电机等构成，促使皮带输送机旋转运动的滚筒称为驱动滚筒，另一个滚筒称为尾部滚筒（改向滚筒）。为了保证驱动滚筒与皮带不出现打滑的情况，增加它们之间的摩擦力，通常还配有张紧装置，为皮带输送机系统提供张力，称为配重装置。当皮带输送机运行时，矿料随着皮带的运转从输送机的尾部到达头部，从而达到运输矿石的目的。

皮带输送机空载运行下，电机经传动装置作用于驱动滚筒，其带动皮带的运转，皮带作用在托辊上并依靠托辊受载。皮带运行中心线方向与输送机中心线重合，在运行工况下，皮带输送机的运送量大，运行最稳定。皮带输送方向主要受自身重力、安装托辊对称及驱动滚筒的水平度等影响，其两侧受力能够抵消，皮带在自重力下滑向中间，其自动居中运输且不偏移。皮带输送机结构见图1。

皮带输送机带负荷正常运行下的受力分析见图2，将矿料对皮带的作用力分为左、中、右三部分，其中输送机皮带中间部分在矿料的重力作用下，受竖直向下的正压力F；在左边矿料的作用下，对输送机皮带左侧斜面施加压力F1，分解垂直于斜面的作用力F11与平行斜面向下的作用力F12，F11与F12的矢量和为F1；在右边矿料的作用下，对输送机皮带右侧斜面施加压力F2，分解垂直于斜面的作用力F21与平行斜面向下的作用力F22，F21与F22的矢量和为F2。当F1=F2时，皮带居中运输，皮带输送机运行工况良好，无跑偏；当F1＞F2时，输送机皮带受到向左的推力，其大小Fa=F1－F2，将发生向左偏移故障；当F1＜F2时，输送机皮带受到向右的推力，其大小Fa=F2－F1，将发生向右偏移故障。

通过对输送机皮带跑偏原理受力分析、检测及纠偏装置应用等，可有效避免输送机皮带发生跑偏，提高矿料的正常运输率。

2 可抵消输送机皮带受力不均纠偏装置设计

为了实现皮带输送机的可靠自动纠偏，纠偏装置需满足测量数值准确、通讯可靠、安装便捷及操作方便等工况要求。

2.1 输送机皮带跑偏偏移数值检测装置设计

皮带输送机由于托辊中心线与输送机中心线有偏离、滚筒圆柱度差、皮带接头不达标等原因，输送机皮带上的矿料存在跑偏；当其跑偏量超出设定值后，皮带会与机架的侧面发生摩擦，造成皮带磨损、撒料及皮带撕裂等后果。偏移数值检测装置的目的是监测皮带的偏移情况，当偏移值超过设定值时，检测装置会将信号输送到纠偏装置控制器，纠正偏移值，达到安全运行的效果。偏移数值检测装置见图3，该装置安装在纠偏装置的两侧，当输送机皮带跑偏时，皮带触碰到检测装置，启动装置内的开关，并发出跑偏信号；当皮带回正时，跑偏信号解除。

偏移数值检测装置为分级检测制，当偏转角度为15°～30°时，发出I级跑偏信号，利用纠偏装置对皮带进行纠正；当偏转角度超出30°时，发出II级跑偏信号，皮带输送机急停。

2.2 新型输送机皮带纠偏装置设计

矿石在皮带输送机的输送过程中，当输送机皮带发生跑偏时，应尽可能减速停机处理，为此就需要纠偏装置对输送机皮带进行动态调整。常见的纠偏措施有调整托辊架的高低，调整托辊架与皮带的夹角，调整改向滚筒相对皮带的位置等。

新型纠偏装置主要是抵消皮带受力不均，通过托辊运转及左右升降，实现皮带上下受力均匀，且可相互抵消。新型纠偏装置结构见图4。

该新型纠偏装置由旋转托辊和摇臂组成，采用液压推杆控制两侧摇臂的升降，旋转托辊抵消皮带的受力不均。针对不同受料情况，将其安装在落料点缓冲床的前后，可保证皮带受力均匀，避免跑偏现象的发生。

3 新型输送机皮带纠偏装置的控制流程

新型输送机皮带纠偏装置控制流程见图5。该装置中的信息检测由检测传感器、控制电路及PLC控制器负责，并控制调心托辊摇臂偏转的角度和旋转托辊的转速。控制流程：首先进行系统编程并初始化，控制参数输入，启动皮带输送机，试运行检测程序；当检测偏转角度值＞30°时，立即发出警报，自动切断输送机驱动电源，使输送机急停待修；当偏转角度有15°～30°时，其纠偏装置启动，由PLC控制器控制调整调心托辊组摇臂的角度及旋转托辊的转速，进行皮带纠偏。

4 结语

（1）皮带输送机因受料不均常发生皮带跑偏问题，其对运输设备稳定运行造成严重影响。在受料不均的工况下，皮带跑偏难以从根本上解决，只能通过跑偏纠偏装置抵消皮带受力不均。

（2）新型皮带跑偏受力挤压检测及滚筒转动纠偏装置能够实现皮带受力不均时的自动纠偏处理。通过对自动纠偏装置理论受力分析计算，设计了含旋回纠偏托辊组的旋转机构，并进行了传动电机和升降液压缸的设计选型，完成了自动纠偏执行机构的设计。

（3）根据自动纠偏装置的控制系统功能需求，设计了皮带跑偏时独立数据采集、远程及就地切换开关功能，可满足不同工况的使用要求。该新型纠偏装置可应用于工况恶劣的带式输送机上，可对皮带跑偏自动纠偏，保障带式输送机的可靠运行。

（4）该新型自动纠偏装置的动力源采用电机和液压泵双驱动，后续可考虑利用输送机皮带运行带动摩擦轮作为电机及液压泵的动力源。

（5）输送机皮带的运行速度也会影响自动纠偏效果，其带速越快则要求纠偏装置的响应越快，故需要深入研究不同带速下对自动纠偏装置的影响，从而提高新型自动纠偏装置的精度，保障生产稳定运行。