帶式輸送機(jī)自動(dòng)調(diào)心托輥的優(yōu)化設(shè)計(jì)探析

呂 超

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁礦， 山西 大同 037001）

1 調(diào)心托輥研究

在一般狀況下，多種原因?qū)е铝溯斔蛶Вɑ蚰z帶）有跑偏問(wèn)題產(chǎn)生，如不當(dāng)安裝、制造、設(shè)計(jì)等，而且若輸送帶有跑偏問(wèn)題出現(xiàn)就會(huì)造成不少的不良結(jié)果，比方說(shuō)磨損膠帶、灑料等，若在嚴(yán)重點(diǎn)就會(huì)對(duì)人身安全產(chǎn)生非常大的影響，所以，在設(shè)計(jì)輸送機(jī)的規(guī)范中就要求把調(diào)心托輥進(jìn)行安裝（又稱作膠帶糾偏裝置）。

現(xiàn)在，調(diào)心托輥被安裝在一般輸送機(jī)中，而且其調(diào)心托輥絕大部分是為TD75 型帶式輸送機(jī)系列的符合規(guī)范的產(chǎn)品，圖1 就是TD75 型帶式輸送機(jī)系列調(diào)心托輥圖。從圖中可以看出，立輥與托輥輥?zhàn)颖辉O(shè)置到了槽形梁中，而且相應(yīng)的數(shù)量與位置分別是立輥的數(shù)量是2 個(gè)，其位置是位于左、右兩側(cè)，托輥輥?zhàn)拥臄?shù)量是3 個(gè)而且這3 個(gè)托輥輥?zhàn)邮窍嗷テ叫械?，托輥輥?zhàn)雍土⑤亙烧叩妮S線在沒(méi)有在相同的平面中，偏心距中的其中一個(gè)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)把主梁與槽形梁連接在一起，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和托輥兩者的軸線是在相同的平面中，以旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸線為中心，槽形梁能夠圍繞這一中心相較于主梁旋轉(zhuǎn)。此種對(duì)調(diào)心托輥進(jìn)行糾偏的工作原理為[1-2]：在有跑偏情況出現(xiàn)在輸送帶中時(shí)，比如說(shuō)向左側(cè)偏（如下頁(yè)圖2 所示），左側(cè)的立輥就會(huì)和輸送帶有碰撞發(fā)生，并給向左側(cè)的一個(gè)力F1施加到立輥，因?yàn)槠木鄀 存在于旋轉(zhuǎn)中心與立輥中，所以，F(xiàn)1會(huì)圍繞旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩（F1e），而且其力矩（F1e）會(huì)把槽形梁沿著順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)成一個(gè)必然的角度α。

圖1 TD75 型帶式輸送機(jī)系列調(diào)心托輥

按照速度合成的基本原理，在偏轉(zhuǎn)以后，膠帶順著輥?zhàn)虞S線所在的方向所具有的相對(duì)速度Vr與輥?zhàn)铀哂械木€速度Ve（或牽引速度）的矢量和就等于膠帶所具有的絕對(duì)速度V。就是在槽形梁發(fā)生偏轉(zhuǎn)之后，輥?zhàn)雍湍z帶兩者之間就有與輥?zhàn)虞S線方向相同的的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。而且膠帶與輥?zhàn)佑邢鄬?duì)運(yùn)動(dòng)，所以一定有摩擦力F 產(chǎn)生，輥?zhàn)訒?huì)與膠帶產(chǎn)生摩擦力F，而且摩擦力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)兩者的方向是相反的。對(duì)F 力進(jìn)行分解，分別是Fj、Fz，F(xiàn)j代表為糾偏力，是垂直于運(yùn)行膠帶的方向并對(duì)著輸送機(jī)中心線的力，F(xiàn)z代表為附加阻力，是相反于膠帶運(yùn)行方向的力，F(xiàn)j可以膠帶從跑偏的帶到正確位置[3-4]。

2 改進(jìn)TD75 型帶式輸送機(jī)系列的調(diào)心托輥

2.1 存在的不足

1）滑動(dòng)軸承被旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所應(yīng)用，由于工作環(huán)境比較惡劣導(dǎo)致滑動(dòng)軸承不能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，幾乎無(wú)法使自動(dòng)糾偏得以實(shí)現(xiàn)；

2）因?yàn)檩佔(zhàn)雍托D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)兩者的軸線在相同的平面中，輥?zhàn)优c膠帶兩者會(huì)有摩擦力F 產(chǎn)生，而且摩擦力F 一直相交于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的軸線，在下頁(yè)圖2 中能夠得知，在槽形梁發(fā)生偏轉(zhuǎn)以后，盡管膠帶現(xiàn)在所處的是正確位置（就會(huì)使F1消失），可是槽形梁依然維持著偏轉(zhuǎn)的狀況，無(wú)法自動(dòng)回到其正確位置。唯有待膠帶向右側(cè)偏并撞擊右立輥以后，才能使槽形梁進(jìn)行逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，當(dāng)調(diào)心托輥在運(yùn)行過(guò)程中，槽形梁可以維持穩(wěn)定的位置有兩個(gè)，分別是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，無(wú)法進(jìn)行合時(shí)的糾偏；

圖2 托輥受力分析圖

3）在膠帶碰擊立輥時(shí)，兩者為點(diǎn)接觸，若帶速比較高，較大的撞擊力，極易將膠帶損傷。

2.2 改進(jìn)方案的實(shí)施

關(guān)于上述介紹的該調(diào)心托輥結(jié)構(gòu)上不足，新型的自動(dòng)調(diào)心托輥被研制出來(lái)，新型的自動(dòng)調(diào)心托輥的安裝方法、外形和TD75 型調(diào)心托輥大致一樣，可是對(duì)以下結(jié)構(gòu)做出非常大的改進(jìn)，如立輥、槽形梁、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等。如圖3 所示。

圖3 新型調(diào)心托輥

在糾偏原理方面，兩者的是一樣的，新型調(diào)心托輥相較于TD75 型調(diào)心托輥有所改進(jìn)的方面為[5]：

1）旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的軸線和托輥輥?zhàn)拥妮S線不在相同的平面中，從圖4 中可以看出，在膠帶偏向左側(cè)時(shí)，膠帶就會(huì)碰擊到左立輥，并產(chǎn)生碰撞力F1，并且碰撞力F1會(huì)作用到托輥輥?zhàn)樱蛊漤槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而有角度產(chǎn)生，就會(huì)推動(dòng)膠帶盡快處在正確位置，若膠帶已經(jīng)處在正確位置，立輥就會(huì)和膠帶脫離，所以F1就會(huì)消失，輥?zhàn)佑捎谀z帶所產(chǎn)生的摩擦力F 會(huì)圍繞著旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生力矩（Fel），而且力矩（Fel）可以把槽形梁回到運(yùn)輸機(jī)中心線，就不會(huì)有偏轉(zhuǎn)發(fā)生在槽形梁中；

圖4 新型調(diào)心托輥受力分析圖

2）組合結(jié)構(gòu)被旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所應(yīng)用，組合結(jié)構(gòu)包括滾動(dòng)推力軸承與滾動(dòng)球軸承，其組合不僅能夠靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，而且還安裝了密封裝置，能夠保證旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以在工況十分惡劣時(shí)運(yùn)行的可靠性[6]；

3）特殊立輥的使用，特殊立輥的表面是雙曲線，平行于膠帶側(cè)面的平面就是立輥軸線所在的位置，而且其偏轉(zhuǎn)的方向與反向于膠帶運(yùn)行的方向成30°，立輥和膠帶有碰撞發(fā)生時(shí)，其碰撞點(diǎn)將不再為前者的點(diǎn)接觸了，并且其前者是一般圓柱的表面，卻是圖5 中一樣的長(zhǎng)線，使接觸面積增加，使碰撞壓強(qiáng)減小，防止膠帶被損傷。

圖5 立輥與膠帶接觸受力示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

新型調(diào)心托輥相較于TD75 型調(diào)心托輥有所改進(jìn)，解決了原帶式輸送機(jī)調(diào)心托輥如安裝、制造、設(shè)計(jì)不當(dāng)在運(yùn)行過(guò)程中造成的磨損膠帶、灑料等問(wèn)題，其適應(yīng)性強(qiáng)，性能可靠，使用便捷，免維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了輸送機(jī)自動(dòng)糾偏，保證了輸送設(shè)備在惡劣工況下仍能正常運(yùn)行。該托輥在煤礦中得到了廣泛應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。