1、带式输送机调心托辊正压力对纠偏能力影响规律的研究侯俊波（晋城煤炭规划设计院，山西晋城048000）摘要：针对某煤炭企业运行中的带式输送机跑偏问题，借助 Adams有限元仿真计算软件，开展了调心托辊正压力对纠偏能力影响规律的研究工作。结果表明，输送带轴向力和跑偏量随调心托辊正压力的增大而增大。之后修改了企业带式输送机运维手册，明确可以把微调输送带运行速度作为抑制输送带跑偏的方法使用，试验应用表明，调心托辊正压力与跑偏量的变化规律准确，通过微调输送带运行速度可以改善输送带跑偏程度，为煤炭企业运维工作提供技术支撑。关键词：带式输送机调心托辊正压力纠偏能力中图分类号：TD528文献标识码：A文章编号：
2、1003-773X（2023）02-0032-03引言带式输送机作为煤炭综采工作面的重要设备，对工作的可靠性要求越来越高1。跑偏作为输送带极为常见的故障，至今尚未有效解决2。输送带跑偏不仅会影响煤炭掘进工作面的正常工作，严重的还会酿成运输事故3。20 世纪 80 年代某煤矿因输送带跑偏导致摩擦起火，酿成火灾，最终造成 13 人死亡，带式输送机被烧毁4。统计结果显示，输送带跑偏导致的带式输送机事故占总事故的 1/3，是加剧输送带与托辊磨损的主要因素，也是产生输送带撕裂、中断生产的关键，现已引起了煤炭行业的广泛关注5。如何有效控制带式输送机运行过程中输送带跑偏问题，依然是目前困扰运维人员的主要问题
3、6。因此，针对某煤炭企业运行中的带式输送机跑偏问题，开展调心托辊正压力对纠偏能力影响规律的研究，以期为运维人员提供一定的技术支持。1调心托辊概述正在服役中的带式输送机使用的是调心托辊，如图 1 所示，主要包括调心托辊、立架、托辊支撑架、蜗轮转轴、蜗轮、底座、蜗杆支撑架、蜗杆等，使用的是液压马达驱动纠偏，其工作原理如下：带式输送机运行过程中出现输送带跑偏时，输送带就会朝跑偏一侧横移，就会触碰跑偏传感器，传感器输出感应信号，传输至液压驱动装置，由液压驱动马达驱动蜗轮蜗杆机构完成调心托辊偏转的角度，形成调心托辊控制输送带跑偏的闭环控制系统。液压驱动调心托辊纠偏响应灵敏，纠偏效果更佳。2调心托辊正压力
4、对纠偏能力的影响2.1仿真模型建立参照带式输送机技术资料，运用 SolidWorks 三维建模软件，完成简化版带式输送机结构建模。另存为.igs 格式文件之后即可导入 Adams 动力学仿真软件进行仿真前处理。首先对三维模型进行约束设置，将滚筒中心轴线设置为转动副，同时，总共带块数量为 402 块，对相邻带块之间设置轴套力；输送带块，滚筒和托辊之间设置接触对，接触之间的动摩擦系数0.3，静摩擦系数 0.5，驱动滚筒施加驱动力矩，输送带张紧力设置为 150 N。设置完成的带式输送机仿真计算模型如图 2 所示。2.2仿真参数设定运用 Adams 仿真计算软件进行调心托辊正压力对纠偏能力的影响规律，
5、首先需要设置整个模型的重力加速度，此处选择重力加速度数值为 9.8 m/s2。之后对仿真计算参数进行设置，计算仿真的时间长度选择15 s，计算步数选择 300 步，之后启动仿真软件自带的求解器进行计算。如下页图 3 所示为调心托辊所受正压力变化曲线，得出了正压力平均值为 7 N。基于上述仿真计算结果，选择不同正压力 FN数值梯度（7 N、14 N、21 N、28 N、35 N、42 N）进行仿真。2.3调心托辊所受正压力对输送带轴向力影响运用 Adams 仿真计算软件完成不同正压力梯度收稿日期：2022-09-08作者简介：侯俊波（1983），男，山西晋城人，本科，中级工程师，研究方向为矿山机
6、电。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.012图 1调心托辊结构图 2带式输送机仿真模型调心托辊立架托辊支撑架涡轮转轴蜗轮蜗杆支撑架蜗杆蜗杆支撑架底座试验研究2023 年第 2 期下调心托辊对输送带产生的轴向力进行仿真计算，提取数据汇总如图 4 所示。由图 4 可以得出，带式输送带运行过程中，随着调心托辊正压力的增大，其对输送带的轴向力也随之增大，同时还可以看出，随着调心托辊正压力的增大，输送带所受轴向力的波动趋势
7、越来越明显，即纠偏力也是随着正压力的增加而增加。2.4调心托辊不同正压力对输送带跑偏量影响由带式输送机调心托辊正压力变化对输送带影响仿真计算结果中提取第 152 带块在调心托辊不同正压力下对应的跑偏量，表征输送带跑偏量，统计结果如图 5 所示。由图 5 所示结果可以得出，随着调心托辊正压力的增大，输送带的跑偏数值逐渐增大，跑偏量数值分别为 6.01 mm、11.58 mm、15.54 mm、21.09mm、23.91 mm、28.98 mm。3规律分析与改进3.1规律分析重点研究带式输送机调心托辊不同正压力条件下对应跑偏量的关系，为了更加直观地表征调心托辊不同正压力对输送带跑偏量的影响规律，汇
8、总正压力图 3托辊受到的正压力变化曲线4-1FN=7 N4-2FN=14 N4-3FN=21 N4-4FN=28 N4-5FN=35 N4-6FN=42 N图 4调心托辊所受正压力与输送带轴向力对应关系5-1FN=7 N5-2FN=14 N5-3FN=21 N1.00.0-1.0-3.0-5.0-7.0-9.00.05.010.015.0时间/s正压力/N4.03.02.01.00.0-1.0-2.00.05.010.015.0时间/s轴向力/N4.03.02.01.00.0-1.0-2.0轴向力/N0.05.010.015.0时间/s4.03.02.01.00.0-1.0-2.0轴向力/N0
9、.05.010.015.0时间/s4.03.02.01.00.0-1.0-2.0轴向力/N0.05.010.015.0时间/s4.03.02.01.00.0-1.0-2.0轴向力/N0.05.010.015.0时间/s4.03.02.01.00.0-1.0-2.0轴向力/N0.05.010.015.0时间/s跑偏量/mm5.00.0-5.0-10.0-15.0-20.0-25.0-30.00.05.010.015.0时间/s5.00.0-5.0-10.0-15.0-20.0-25.0-30.0跑偏量/mm0.05.010.015.0时间/s5.00.0-5.0-10.0-15.0-20.0-2
10、5.0-30.0跑偏量/mm0.05.010.015.0时间/s侯俊波：带式输送机调心托辊正压力对纠偏能力影响规律的研究33机械管理开发第 38 卷和跑偏量的关系，如图 6 所示，横坐标为调心托辊正压力，纵坐标为输送带跑偏量。由图 6 关系变化曲线可以看出，当带式输送机调心托辊的正压力增大时，跑偏量随之不断增大，即带式输送机调心托辊的纠偏能力不断提高。结合现场使用工况可知，带式输送机在承载输送过程中的纠偏能力会优于空载运行时的纠偏能力。3.2改进策略为了更好地指导煤炭企业运维人员完成带式输送机的运维工作，在现有带式输送机运维手册中加入了调心托辊正压力与输送带最大跑偏量变化趋势曲线，明确了调心托
11、辊正压力增大会增加调心托辊纠偏能力的规律。基于上述正压力与纠偏能力变化趋势，提出了一个纠正输送带跑偏的思想，当输送带出现微小跑偏量时，可以通过降低输送带运行速度，增加输送带装煤量，进而增大调心托辊的承载量，就可以改善输送带跑偏的问题，相反，输送带未出现明显的跑偏时，可以适当增大输送带运行速度，提高输送带运行效率的同时也不会出现较大的跑偏问题。4试验应用为了验证带式输送机调心托辊纠偏能力与正压力的变化关系，修改带式输送机运维手册可否给煤炭企业带来较明显的改进效果，进行了为期半年的试验应用，跟踪记录了试验情况。结果表明，通过调整带式输送机的运行速度，间接实现输送带上煤炭重量，提高调心托辊的正压力，
12、可以发现输送带运行速度越慢，输送带越不容易出现跑偏，可以说明调心托辊随着正压力的增大纠偏能力得到了增大。实际应用过程中，运维人员在输送带出现跑偏问题时，通过适当降低输送带运行速度的方法可以有效改善输送带跑偏问题，节约了带式输送机运行成本，提高了带式输送机有效运行时间，达到了为带式输送机运维工作提供技术指导的目的。5结语带式输送机作为煤炭掘进工作正常开展不可或缺的设备之一，如何控制其跑偏问题备受关注。针对某煤炭企业运行中的带式输送机跑偏问题，开展了调心托辊正压力对纠偏能力影响规律的研究工作。结果表明，调心托辊正压力的增大，会使输送带所受的轴向力增大，同时，输送带的跑偏量也会增大。根据上述规律修改
13、了企业带式输送机运维手册，提出了微调输送带运行速度抑制输送带跑偏的想法，之后通过试验应用，验证了调心托辊正压力与跑偏量的变化规律正确，实际应用时通过微调输送带运行速度可以改善输送带跑偏程度，保证了带式输送机的有效工作时间，降低了带式输送机的运维成本。参考文献1张瑞平.带式输送机托辊对整机运行的影响分析J.矿业快报，2006，25（3）：59-60.2王飞.矿用带式输送机跑偏原因及调心托辊纠偏特性实验研究J.矿业装备，2020（4）：21-22.3岳志敏.矿用带式输送机跑偏及调心托辊纠偏性能的研究J.机械管理开发，2021，36（12）：35-37.4李欢良，乔红霞，吴琳.带式输送机调心托辊的原
14、理及改进J.铜业工程，2011（3）：53-54.5任中全.调心托辊和带式输送机参数对纠偏力的影响J.起重运输机械，2003（7）：101-102.6贺晋璇，薛河，张顺，等.带式输送机调心托辊的纠偏特性分析J.煤矿机械，2020，41（3）：27-28.（编辑：贾娟）5-4FN=28 N5-5FN=35 N5-6FN=42 N图 5调心托辊所受正压力与输送带跑偏量对应关系图 6调心托辊正压力与输送带最大跑偏量变化趋势2826242220181614121086420142128354207正压力/N07跑偏量/mm跑偏量/mm5.00.0-5.0-10.0-15.0-20.0-25.0-30.
15、00.05.010.015.0时间/s5.00.0-5.0-10.0-15.0-20.0-25.0-30.0跑偏量/mm0.05.010.015.0时间/s5.00.0-5.0-10.0-15.0-20.0-25.0-30.0跑偏量/mm0.05.010.015.0时间/s（下转第 37 页）342023 年第 2 期发现内侧的应力远超过了外侧，在直线段向圆弧段过渡的区域存在着最小的应力；处于弧段区域时，它的最大应力点主要存在于整个链环的上、下段端点极限处，并且呈现对称分布的状态，最大应力值达到了510 MPa 左右。如图 6 所示，为链轮与链环接触的模型等效应力图。从图 6 中可以知道，平环
16、上各个点的应力大小都比对应的立环上的各个点的应力要大，同时还可以发现，平环与链轮接触的区域产生的应力要大于立环在该区域产生的应力，整个模型的最大应力值为 755MPa 左右，最大应力点处于平环与链轮的末端接触点，且这个应力值比材料的屈服强度要小得多。各个链环间的接触效果会随着啮合的进行而产生变化，这也就使得各个链环和相邻的链环间的接触应力不尽相同。因此，综合以上的仿真模拟研究发现，随着平环的运动从直线变为非直线的啮合接触状态时，会出现最大应力点的位置改变，并且相应的应力大小会波动得较为明显。5结论1）在双轮驱动的状态下，处于机头的刮板链与处于机尾的刮板链，其速度的波动特性会发生改变。刮板链在机尾段时，它的链速总体的波动相对不明显，相反，当刮板链处在机头部时，其链速总体波动效果较为显著。2）当刮板链的平环由直线状向弧状转变时，相应的最大应力区会从平环与立环接触的区域向平环与链轮接触的区域过渡，同时相应的波动幅度增大。参考文献1李祥松.煤矿综采装备技术发展趋势分析J.煤炭工程，2015（6）：165-167；171.2马琪鹏.刮板链传动系统力学特性及可靠性研究D.太原：太原理工大学，201