管式輸送機扭轉故障原因分析*

梁睿

(萊蕪鋼鐵集團有限公司，山東萊蕪 271104)

0 引言

管式輸送機是日本普利司通公司從1964年開始研制，在普通槽形帶式輸送機的基礎上發(fā)展起來的一種新機型［1］。管式輸送機可廣泛應用于各種物料的連續(xù)輸送，輸送物料被包裹在管狀膠帶內(nèi)輸送，因此不會受刮風、下雨等外部環(huán)境的影響，避免了物料撒落、飛揚而污染環(huán)境，也避免了外部環(huán)境對物料的污染。萊鋼集團公司有4條管式輸送機，于2004～2006年投入使用，管徑均為300 mm，頭尾平面直線距離分別為3.7 km、3.0 km、1.7 km、1.5 km［2］，其中有3條為焦炭輸送機，1條為燒結混勻料輸送機。輸焦1#管式輸送機于2004年6月建成投產(chǎn)，是當年國內(nèi)最長的圓管帶式輸焦機。

管式輸送機在運行過程中，由于多邊形托輥組機架變形;輸送帶彎曲段內(nèi)、外側彎曲阻力不同;輸送帶上物料加載點不對中等多種原因易造成輸送帶扭轉、跑偏故障。體現(xiàn)為輸送帶搭接位置由正上方偏轉到兩側甚至下方，造成輸送帶和托輥的異常磨損、物料撒落、甚至輸送帶翻轉，導致較大的設備故障，其經(jīng)濟損失小則數(shù)十萬，大則幾百萬。萊鋼1.7 km輸送燒結混勻料的管式輸送機在2012年初，由于輸送帶跑偏，造成輸送帶撕邊、輸送帶扭轉、輸送帶在機頭、機尾滾筒處翻轉重疊等一系列故障，嚴重影響了生產(chǎn)原料的供應，故障期間增加了幾十萬元的物料倒運費，最終更換了整條輸送帶，損耗資金約500萬元。

1 原因分析

對管式輸送機扭轉原因分析，主要是對輸送帶受到的力進行分析，絕大部分來自于主要阻力。包括與托輥接觸產(chǎn)生的磨擦阻力，輸送帶的壓陷阻力［3］，托輥安裝誤差所產(chǎn)生的阻力等。輸送帶受到的阻力與以下因素有關:①輸送帶張力、彎曲剛度、橫向剛度;②托輥間距、輸送帶管徑;③輸送機帶速、輸送帶與物料的摩擦角、物料安息角;④輸送機的提升角度、彎轉角度。

1.1 空載時的扭轉原因分析

如圖1，由管式輸送機的運行狀態(tài)可看出，當輸送帶承載75%左右物料時，包裹著物料的輸送帶重心位置基本與輸送帶圈成的圓心重合或位于下部位置與圓心距離較小，但當輸送帶空載時，由于上部輸送帶搭接，所以輸送帶的重心位于上半部分，處于相對不穩(wěn)定的狀態(tài)，一旦6個托輥中的某個托輥出現(xiàn)細微的偏差，出現(xiàn)了跑偏力，其較長的力矩臂也易造成輸送帶扭轉。

圖1 輸送帶空載和重載重心示意圖

1.2 托輥安裝偏差出現(xiàn)扭轉的原因分析

以圖2(a)中托輥2為例，當托輥安裝發(fā)生偏移時，如圖2(b)所示，輸送帶受到的摩擦力F可分解為驅(qū)動托輥轉動的力Ft和沿帶寬方向的力Fx。其中力Fx是在托輥處使輸送帶發(fā)生扭轉的跑偏力。

圖2 托輥處輸送帶的力學分析示意圖

1.3 托輥粘料和磨損導致扭轉的原因分析

托輥磨損變形或黏上了輸送帶反面的物料導致托輥直徑發(fā)生變化也易造成扭轉力的出現(xiàn)。在管式輸送機運行過程中，如果清掃器不能將輸送帶上的物料清掃干凈，即可造成物料粘結在托輥上，使托輥形成錐形凸凹形狀，輸送帶受到側向水平分力的作用，使輸送帶產(chǎn)生跑偏。如圖3，托輥表面粘結成不規(guī)則的曲面，在某處曲面上膠帶受法向力N的作用，法向力N可分解為沿軸線方向的水平分力N1和與軸線垂直的分力N2，其中側向水平力N1就是產(chǎn)生跑偏的動力。

圖3 膠帶受側向水平力示意圖

1.4 在曲線段的扭轉原因分析

對管式輸送機彎曲阻力進行推導和理論分析，可看出輸送機彎曲處內(nèi)側和外側輸送帶的彎曲阻力不相同，外側輸送帶受到拉應力，內(nèi)側輸送帶受到壓應力，當彎轉曲率半徑不夠大時，內(nèi)側輸送帶受到托輥的彎曲成形力和正壓力的合力，將大于外側輸送帶拉應力和成形力的合力［4］，由此造成管式輸送機兩側托輥對輸送帶作用力不平衡，使輸送帶有了向內(nèi)側扭轉的趨勢。

1.5 加料點偏移造成的跑偏原因分析

如圖4所示，當管式輸送機機尾加料溜槽的落料點偏移輸送帶的中心點時，輸送帶包裹著物料經(jīng)托輥擠壓成圓管型后，物料的堆積截面將不能保持對稱的三角形，這將導致一側的側壓力大于另一側的，從而形成扭矩，導致輸送帶扭轉。

圖4 落料點偏移時物料的堆積示意圖

由圖4可看出，由于落料點偏移，圓管輸送帶內(nèi)物料的堆積截面發(fā)生了較大變化，并可造成托輥6的側壓力變?yōu)?，對這種情況受力分析可知:

所以托輥3、4的側壓力和重力形成的扭矩M將使輸送帶有了逆時針扭轉的趨勢，當物料堆積截面與圖4相反時，即托輥1和6受到較大的側壓力和重力，則輸送帶有順時針扭轉的趨勢。

2.6 引起扭轉的其他原因分析

(1)輸送帶在加料點對物料加速引起的阻力和物料與輸送帶間的摩擦力。物料在加載輸送帶上之前，無論在速度、方向和大小都與輸送帶的不同，物料在輸送帶上的投影速度，一般都小于輸送帶速度。因此，輸送帶必須對新加載物料進行加速，使物料和輸送帶一起運行。由于速度的差別，兩者之間就出現(xiàn)了相對摩擦。當摩擦力偏向一側時，將導致加料點的輸送帶向一側跑偏，從而導致過渡段的輸送帶扭轉。

(2)如果機尾加料處的導料板安裝位置不合適，即過低或安裝位置過近，這將導致物料在過渡區(qū)域內(nèi)與兩側導料板之間的摩擦阻力增加。當物料對兩側導料板的阻力不同時，即兩側導料板對物料的反作用力一大一小，則根據(jù)分析輸送帶將向作用力大的一側跑偏，運轉到過渡段時將導致輸送帶扭轉。

(3)清掃器摩擦阻力的變化，清掃器以一定的壓力壓在輸送帶上，當清掃器磨損后可導致清掃器與輸送帶摩擦阻力在輸送帶兩側發(fā)生變化，從而導致輸送帶扭轉。

3 結語

通過對管式輸送機輸送帶扭轉原因的分析，明確了幾種導致輸送帶扭轉故障的觸發(fā)條件，從而在管式輸送機的實際生產(chǎn)運行中，可制定相應的整改、預防措施，避免輸送帶扭轉故障的發(fā)生。

［1］ 張 鉞.新型圓管帶式輸送機設計手冊［M］.北京:化學冶金工業(yè)出版社，2006.

［2］ 解培林.新技術在管式膠帶輸送機系統(tǒng)的應用［J］.燃料與化工，2008(9):21－22.

［3］ 韓剛華，王 鷹，韓 剛.圓管帶式輸送機托輥組壓陷阻力的理論分析［J］.起重運輸機械，2002(10):4－6.

［4］ 官 燃，孟文俊，王 鷹.圓管帶式輸送機楔形阻力的理論分析［D］.大連:中國機械工程學會，2004.