基于前傾角托輥受力分析的裝卸設備尾車輸送帶跑偏原因分析

董海蛟

河北港口集團秦皇島港股份有限公司 秦皇島 066000

堆料機、裝船機是散物料裝卸生產(chǎn)的主要設備，其共同的特點是地面輸送帶需爬上設備的尾車，以實現(xiàn)物料的堆存。調(diào)研發(fā)現(xiàn)上述設備在空載向前行走過程中常出現(xiàn)尾車輸送帶跑偏的情況，設備向后走車時尾車輸送帶不跑偏，且對尾車改向滾筒調(diào)整、尾車高低落差調(diào)整、尾車與地面輸送帶同軸度調(diào)整均無明顯改善效果。為了保證設備向前行走時尾車輸送帶不跑偏，不得不啟動地面輸送帶，跑偏現(xiàn)象才得以糾正，卻帶來較大的能源損失，無形中也增加了設備的啟停次數(shù)，影響設備壽命。本文通過對尾車前傾角托輥進行受力分析，找到造成設備尾車輸送帶跑偏的主要原因，并據(jù)此提出了解決這一問題的方案。

1 尾車輸送帶跑偏規(guī)律性調(diào)查結果

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查得知，該設備尾車輸送帶跑偏具有一定的規(guī)律性，當設備向前行走時尾車輸送帶出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象，且跑偏方向不具備規(guī)律性。當設備向后行走時尾車輸送帶不跑偏，當設備向前行走且地面輸送帶啟動時尾車輸送帶不跑偏。

設備輸送帶繞行方向如圖1所示，圖中對設備及輸送帶運行方向進行了定義。尾車輸送帶跑偏情況調(diào)查結果總結如表1所示。

表1 尾車輸送帶跑偏情況調(diào)查表

圖1 設備輸送帶繞行方向示意圖

2 尾車輸送帶跑偏原因分析

通過對尾車輸送帶跑偏情況與設備行走方向相關性的調(diào)查，結合前傾角托輥調(diào)偏原理，初步認為與尾車輸送帶在設備空載前進時的跑偏現(xiàn)象，以及尾車輸送帶承載托輥為前傾角托輥有著直接的聯(lián)系。本文將針對前傾角托輥進行受力分析。

2.1 當尾車輸送帶正常運行時或設備后退時前傾角托輥受力分析

當輸送帶正常運行時，取對稱于輸送帶中心線的2點A、B為研究對象，A、B既是輸送帶上的點又是托輥上的點，輸送帶速度矢量分解及前傾角托輥摩擦力矢量分解如圖2、圖3所示。

圖2 輸送帶速度矢量分解示意圖（輸送帶正常運行）

圖3 前傾角托輥摩擦力矢量分解示意圖（輸送帶正常運行）

輸送帶速度矢量分解式為V帶=V圓+V滑，由于輸送帶與前傾角間存在相對滑動速度V滑，故在輸送帶與前傾角托輥間產(chǎn)生滑動摩擦力FA、FB，圖中的FA阻、FA推、FA垂、FB阻、FB推、FB垂分別為FA、FB在三坐標軸上的分力。

根據(jù)《DTII型固定式帶式輸送機設計選用手冊》可知前傾角托輥摩擦阻力為

帶式輸送機空載時

式中：C為槽型系數(shù)；μ為輸送帶與托輥間的摩擦系數(shù)，μ=0.3～0.4；L為裝有前傾角托輥的帶式輸送機長度；qB為單位長度輸送帶質(zhì)量；qG為單位長度輸送物料質(zhì)量；δ為輸送帶在運行方向上的傾角；α為托輥前傾角。

式中：b1、b2為A、B兩側前傾角托輥與輸送帶的接觸長度。

垂直于輸送帶運行方向的橫向推力即前傾角托輥調(diào)偏力為

當輸送帶發(fā)生跑偏時調(diào)偏力的合力為

由以上分析可知，當輸送帶向A點方向跑偏，輸送帶與A點所在前傾角托輥的接觸長度b1更大，橫向推力FA推更大，輸送帶受到合力ΔF向右的作用力，合力方向與跑偏方向相反，進而自動向右側調(diào)整跑偏量；同理當輸送帶向B點方向跑偏時，會受到合力ΔF向左的作用力，合力方向與跑偏方向相反，最終使輸送帶始終圍繞帶式輸送機中心線運行。

2.2 當尾車輸送帶停止運行設備前進時前傾角托輥受力分析

當尾車輸送帶停止運行設備前進時，輸送帶相對于尾車反向運行，上述分析中的速度與力的方向全部調(diào)轉(見圖4、圖5)，導致輸送帶失去了原有指向中心的橫向推力。由于輸送帶初始狀態(tài)不可能絕對正，因此，當輸送帶最初就向A點方向偏移時，A點所在的前傾角托輥給予輸送帶向左側的橫向力FA推大于B點所在前傾角托輥給予輸送帶向右側的橫向力FB推，輸送帶受到合力ΔF向左的作用力（合力方向與跑偏方向相同），將使輸送帶跑偏量繼續(xù)增大，而隨著輸送帶跑偏量的增加（即b1-b2之差的增大），向左的合力ΔF就會越來越大，最終造成惡性循環(huán)，輸送帶出現(xiàn)向左不可逆的跑偏現(xiàn)象。

圖4 輸送帶速度矢量分解示意圖（輸送帶反向運行）

圖5 前傾角托輥摩擦力矢量分解示意圖（輸送帶反向運行）

綜上所述，尾車輸送帶停止運轉設備前行時出現(xiàn)輸送帶跑偏現(xiàn)象，是因此時輸送帶相對于尾車反向運行，導致輸送帶所受調(diào)偏力合力ΔF與跑偏方向一致，輸送帶失去了指向中心的調(diào)偏力，造成了尾車輸送帶跑偏。而尾車輸送帶停止運行設備后退及輸送帶啟動時，輸送帶相對于尾車屬于正向運行，所以前傾托輥始終能給予輸送帶指向中心自動調(diào)偏的作用力，故此2種狀態(tài)時輸送帶不出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象。

3 尾車前進時輸送帶跑偏的治理方法

輸送帶跑偏現(xiàn)象主要分為空載跑偏和重載跑偏2種情況，空載跑偏時要從帶式輸送機安裝精度、維護質(zhì)量著手分析原因，重載跑偏時要從物料下落位置是否準確這方面分析原因[2，3]。

針對上述輸送帶跑偏現(xiàn)象，從理論分析過程可知，調(diào)整的方法主要是適當增加自動調(diào)偏托輥的數(shù)量，使得尾車輸送帶無論相對于尾車向任何方向運行，機械式自調(diào)偏托輥始終根據(jù)輸送帶的跑偏方向自動調(diào)整角度以給予輸送帶足夠的調(diào)偏力。

4 結語

前傾角托輥的調(diào)偏力是摩擦力，其調(diào)偏原理是使輸送帶兩側受到的摩擦力合力始終指向輸送帶中心，一旦輸送帶運行方向與前傾角托輥的前傾方向相反，非但無法起到調(diào)偏作用，反而起到反作用使得輸送帶越來越偏。需要注意的是，當帶式輸送機上的物料偏載時，前傾角托輥給予物料偏載側的輸送帶調(diào)偏力更大，輸送帶在運行時會向物料非偏載側跑偏，直到輸送帶與物料的整體重心降低到槽型輸送帶最低點，即與帶式輸送機中心重合，故前傾角托輥無法解決物料偏載引起的輸送帶跑偏問題。

選用機械式自調(diào)偏托輥時需要注意的是，有些型號的機械式自調(diào)偏托輥無法解決物料偏載引起的輸送帶跑偏問題，有些型號的安裝方向錯誤會對輸送帶調(diào)偏過程起到反作用，故應根據(jù)其調(diào)偏原理選用并安裝機械式自調(diào)偏托輥。對于解決尾車輸送帶停止運行設備前進，輸送帶相對于尾車反向運行時的跑偏問題，選用有安裝方向的機械式自調(diào)偏托輥是不適合的。當然，設備使用單位也可以根據(jù)自身情況安裝一些具有電液動力的或者具有一定跑偏檢測功能的強制調(diào)偏托輥，以達到調(diào)整空載跑偏及重載跑偏的作用[4，5]。