帶式輸送機自動糾偏裝置的設(shè)計

姚華龍

（山西壽陽潞陽麥捷煤業(yè)有限公司， 山西 壽陽 045400）

引言

近年來，隨著工作面綜采設(shè)備自動化、智能化水平以及采煤技術(shù)的提升，工作面煤炭產(chǎn)量明顯增加，對工作面運輸系統(tǒng)的可靠性、運輸能力提出了更高的要求。帶式輸送機作為綜采工作面主要運輸設(shè)備之一，正朝著大運量、高運速、長距離的方向發(fā)展。在實際應(yīng)用中，帶式輸送機經(jīng)常出現(xiàn)打滑、斷帶、輸送帶跑偏等事故，嚴(yán)重制約其運輸效率和安全性[1]。本文將針對帶式輸送機輸送帶跑偏的故障設(shè)計一款可高效、準(zhǔn)確糾偏的裝置，以保證帶式輸送機的運輸效率和可靠性。

1 帶式輸送機跑偏原因分析

帶式輸送機作為綜采工作面的主要運輸設(shè)備，其主要由機頭、機尾以及中間段三部分組成[2]，其具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

對于如圖1 所示的帶式輸送機在實際應(yīng)用中容易發(fā)生的跑偏事故，經(jīng)對所有跑偏事故進行分析統(tǒng)計，大致可分為兩大類，包括帶式輸送機輸送帶的安裝誤差和運輸過程中各種因素[3]。

圖1 帶式輸送機結(jié)構(gòu)示意圖

1）安裝誤差所導(dǎo)致輸送帶跑偏。經(jīng)統(tǒng)計，安裝誤差是導(dǎo)致帶式輸送機輸送帶跑偏的常見因素，一般可以歸結(jié)為：帶式輸送機輸送帶接頭不平直、帶式輸送機機架歪斜、帶式輸送機導(dǎo)料槽兩側(cè)的橡膠板壓力不均勻。

2）運輸過程中的各項因素所導(dǎo)致輸送帶跑偏。通過對帶式輸送機輸送帶發(fā)生跑偏的故障原因進行分析，針對運輸過程中的因素可以歸結(jié)為：滾筒或者托輥表面粘有物料導(dǎo)致跑偏、輸送帶過長或塑性變形嚴(yán)重、輸送帶上所運載的物料重量分布不均勻、在運輸過程中設(shè)備振動導(dǎo)致輸送帶跑偏[4]。

2 帶式輸送機自動糾偏裝置的設(shè)計

結(jié)合上述對導(dǎo)致輸送帶發(fā)生跑偏事故的原因進行分析，為保證帶式輸送機的運輸效率實現(xiàn)對輸送帶糾偏操作自動化、實時化控制尤為重要。因此，本節(jié)將結(jié)合帶式輸送機的實際運行工況完成輸送帶自動糾偏裝置的總體設(shè)計和關(guān)鍵機械系統(tǒng)的設(shè)計。

總體設(shè)計思路：對輸送帶是否出現(xiàn)跑偏和實際跑偏量進行實時檢測和相關(guān)數(shù)據(jù)采集；當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到輸送帶跑偏時啟動自動糾偏裝置的機械部件，并基于所采集的數(shù)據(jù)得出準(zhǔn)確的控制指令和控制量，對旋轉(zhuǎn)托輥的角位移進行調(diào)整，最終達到糾偏的目的。

如圖2 所示，通過蝸桿傳動機構(gòu)將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運行，根據(jù)輸送帶的實際跑偏情況對左右托輥支架與其垂直方向的夾角進行調(diào)整，最終達到糾偏的目的。

圖2 帶式輸送機自動糾偏裝置

2.1 自動糾偏裝置關(guān)鍵機械部件的設(shè)計

本裝置的核心在于精準(zhǔn)測量出輸送帶是否出現(xiàn)跑偏、具體跑偏量和相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計包括托輥、托輥支架和基座等。

2.1.1 輸送帶位置檢測裝置的設(shè)計

針對帶式輸送機輸送帶位置的檢測裝置，在市場調(diào)研基礎(chǔ)上結(jié)合實際生產(chǎn)提出兩種方案。

方案一：在輸送帶邊緣上下方分別安裝紅外信號發(fā)射端和接收端。當(dāng)輸送帶未發(fā)生跑偏時接收端能夠接收到發(fā)射端發(fā)出的信號；當(dāng)輸送帶發(fā)生跑偏時接收端接收不到發(fā)射端發(fā)出的信號。該種方案具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的優(yōu)勢；但是，該方案僅對是否發(fā)生跑偏進行檢測，而對具體的跑偏參數(shù)無法獲取，包括跑偏量和跑偏速度[5]。

方案二：針對帶式輸送機跑偏量和跑偏速度的精準(zhǔn)檢測，設(shè)計如圖3 所示的跑偏檢測機構(gòu)。

圖3 輸送帶跑偏裝置檢測機構(gòu)

由圖3 可看出，當(dāng)輸送帶按照圖3 中所示的方向發(fā)生跑偏時，對應(yīng)左側(cè)的檢測元件的位移發(fā)生偏移，通過換算得出輸送帶的實時跑偏量和跑偏速度。

因此，帶式輸送機自動糾偏裝置采用方案二，對輸送帶的跑偏量和跑偏速度進行實時檢測。

2.2 糾偏裝置關(guān)鍵機械部件設(shè)計

托輥為直接作用于輸送帶并實現(xiàn)其糾偏功能的部件。因此，選用合理、匹配的托輥對自動糾偏裝置功能的實現(xiàn)作用巨大。

目前，市面上可選用的托輥類型包括有槽型托輥、平行托輥、調(diào)心托輥、緩沖托輥和螺旋托輥等。綜合對比上述托輥的功能和作用，本項目采用螺旋托輥，該托輥不僅具有一定的糾偏功能，還能夠解決托輥上粘料的問題。

托輥架作為支撐托輥的載體，其還需承載物料的質(zhì)量；同時，托輥架也是實現(xiàn)輸送帶橫向糾偏功能的主要部件。因此，本項目中所選型的托輥架不僅需要在強度上滿足要求，而且要求其具備與底座進行連接的接口。綜合對比不同類托輥架的材料成本、結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用口碑，本項目將選用典型的托輥架實現(xiàn)對螺旋托輥的承載。典型托輥架結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 托輥支架結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 蝸桿傳動機構(gòu)的設(shè)計

帶式輸送機在正常工作狀態(tài)下，螺旋托輥糾偏過程中還需承擔(dān)運輸物料對其的壓力。因此，設(shè)計合理的蝸桿傳動機構(gòu)能夠有效避免托輥和輸送帶的打滑問題，從而提高糾偏效率。

根據(jù)該帶式輸送機的運量、輸送帶寬度等參數(shù)得出在實際糾偏過程中其所承擔(dān)的物料的質(zhì)量為31.2 N；對應(yīng)糾偏過程中蝸桿傳動系統(tǒng)所承擔(dān)的阻力矩為3.5 kN·m。綜合兩項參數(shù)確定蝸桿傳動機構(gòu)的參數(shù)，如表1 所示。

表1 蝸桿傳動機構(gòu)參數(shù)

為保證蝸桿傳動機構(gòu)的強度，對蝸桿進行表面淬火處理，材料為45 號鋼；渦輪材料ZcuSn10Pb，對應(yīng)材料的屈服強度為220 MPa，彎曲強度為140 MPa。

3 結(jié)語

帶式輸送機為綜采工作面的主要運輸設(shè)備，輸送帶跑偏為其常見的故障之一。為有效解決帶式輸送機輸送帶跑偏導(dǎo)致運輸效率、安全性降低的問題，本文設(shè)計了一款可應(yīng)用于實踐生產(chǎn)的自動糾偏裝置。該自動糾偏裝置可精準(zhǔn)、實時地對輸送帶的跑偏量、跑偏速度等參數(shù)進行精準(zhǔn)檢測，從而為后續(xù)的糾偏動作提供扎實的數(shù)據(jù)支撐；同時，該糾偏裝置采用蝸桿傳動機構(gòu)具有可承受大載荷、穩(wěn)定實現(xiàn)輸送帶糾偏功能的效果。