电动卸料车“飞车”的原因及处理方法

孙利民

（华电郑州机械设计研究院有限公司，河南郑州 450052）

电动卸料车“飞车”的原因及处理方法

孙利民

（华电郑州机械设计研究院有限公司，河南郑州 450052）

传统的电动卸料车由于电气控制落后、定点卸料定位不准、撒料、环境污染、尤其是运行过程中经常“飞车”，所以不能平稳可靠运行，以致於造成设备损坏等事故。新型电动卸料车的研制，采用了智能化电气控制，增加了遏制“飞车”的有效措施，尤其是卸料车设计中选择了合理的结构形式，彻底解决了传统卸料车的缺点和不足。电动卸料车的“飞车”问题得到解决后，它将成为散装物料输送系统中皮带机单点或多点卸料的理想设备。

皮带输送机；电动卸料车；飞车；智能化控制；合理结构

0 引言

皮带输送机在各个行业的散装物料输送中起着极其重要的作用，皮带输送机输送散装物料时有单点（头部）卸料和多点卸料。在国内，皮带输送机多点卸料往往都是采用犁式卸料器来完成，其结构简单，造价低廉。但是，犁式卸料器缺点较多，首先，对皮带输送机产生的摩擦阻力较大，使得皮带输送机能耗较大。其次，对胶带的磨损严重，有时甚至划伤、撕裂胶带。由于犁式卸料器对皮带机的运行阻力较大，所以，更不适合近些年来使用越来越多的宽胶带、高速度、大运力的皮带输送机卸料。

新型电动卸料车是20世纪末在国内散装物料输送行业新兴起的一种皮带机单点、多点卸料设备，广泛应用于电力、煤化工、粮食、冶金、矿山、钢铁、水泥、码头等散装物料输送中的卸料。电动卸料车（又称卸料小车，图1所示）是散装物料输送系统中较理想的卸料设备，由于皮带输送机胶带和卸料车滚筒之间是滚动摩擦，对皮带输送机运行摩擦阻力及对胶带的磨损几乎可以忽略不计，尤其适合宽胶带、高速度、大运力的皮带输送机的单点、多点、间断、连续卸料。

图1 电动卸料车

1 电动卸料车结构形式、组成及工作原理

1.1 结构形式及组成

电动卸料车是串联在皮带输送机头部滚筒和尾部滚筒之间工作面胶带上的单点或多点卸料设备，自行驱动，智能化程序控制，定位准确，自动化程度高。它是由头部提升滚筒、尾部改向滚筒、皮带机托辊、皮带机支撑架、行走车架、行走轮、行走驱动装置、落料斗、落料分配器、密封落料溜槽、电气控制装置（PLC、变频柜、上微机）、旋转编码器、受电装置、行车制动装置、除尘设备、行走轨道及落煤槽防尘盖带系统等组成，如图2所示。

图2 电动卸料车结构形式

1.2 工作原理

电动卸料车串联在皮带输送机头部滚筒和尾部滚筒之间工作面的胶带上，胶带运转，通过卸料车倾斜面把胶带上的物料提升至一定高度，然后通过卸料车头部滚筒落入滚筒下方落料斗，再由落料斗下方的电动（两通或三通）落料分配器将物料卸落在预先设定的单侧或双侧料仓，或卸落在中间向前运行的胶带上，让物料继续前行至终端料仓。

电动卸料车通过上微机（或PLC）、变频器、旋转编码器等电气控制装置对其行走速度、运行方向、停车位置、落料分配等进行控制，卸料车靠自身的电动行走机构按着事先设定的运行方案进行前、后自动行走，可以实现定点卸料或连续、往复卸料。

2 电动卸料车“飞车”的原因及解决办法

在国内皮带输送机散装物料输送中，电动卸料车很早就被采用，但是，传统的卸料车从结构设计、电气控制方案及当时所配套元器件等都不能适合实际运行的要求。所以，传统的电动卸料车经常会出现撒料、卸料定位不准、“飞车”等现象发生，尤其是电动卸料车的“飞车”现象一直未得到合理的解决，严重制约了电动卸料车在国内皮带机散装物料输送系统中的正常发展，所以多年来电动卸料车在国内的发展非常缓慢。

所谓的“飞车”（也称跑车），就是卸料车与皮带输送机胶带运行方向同向行驶时，在皮带输送机胶带张力等外力的驱驶下卸料车超出设计或事先设定的行走速度行驶，由于外力作用和卸料车的行驶惯性，其加速度越来越快，自身或系统的控制装置无法控制，最终造成设备重撞机毁，甚至把皮带输送机一起损坏。

20世纪80年代后，国内一些企业从国外引进新型电动卸料车，引进的新型卸料车和我国传统卸料车的基本工作原理是一样的，但是其结构形式、头部、尾部滚筒的布置、控制原理及方式、配套的部套件等方面有较大变化。新型卸料车基本上解决了撒料、卸料时定位不准、飞尘污染等问题，“飞车”现象也大有改观，但是，未能彻底解决，很多国内企业引进的新型电动卸料车在运行过程中还是偶有“飞车”现象发生。这些发生“飞车”的工况主要是在皮带输送机正常运行，卸料车从停止状态再启动向皮带输送机胶带运行方向行走瞬间，卸料车突然受外力作用而致。

1999年至2000年，国内粮食企业引进英国AS·C公司粮食输送系统，作者和原郑州华电物料输送工程技术有限公司的同事们共同参与了由英国AS·C公司提供的粮食输送系统中8台卸料形式不同胶带宽1 600 mm的新型电动卸料车的设计和制造，2004年后，原郑州华电物料输送工程技术有限公司消化、吸收了国外技术，根据国内的实际运行情况设计研发了系列产品，先后为华润常熟电厂、山西王曲电厂（英国三井巴布科克公司承包项目）等提供了胶带宽1 400 mm和1 200 mm的新型卸料车，2008年后华电郑州机械设计研究院为山西晋北铝业公司、印尼TJB电厂、印尼PT⁃BA电厂、菲律宾THERMAL SOUTH电厂、江西矿业项目、神华新疆煤制聚油、乙烯项目等10多家国内外企业提供了带宽1 000～2 000 mm的新型卸料车，并且这些设备在国内外运行一直很好，经过这些产品几年来的良好运行也带动了国内新型电动卸料车的快速发展。

2.1 电动卸料车受力分析

图3为皮带输送机物料输送系统和串联在其头、尾两滚筒之间的电动卸料车示意图，以此为例对电动卸料车受力进行简单分析。

图3中方框部分为电动卸料车，设定卸料车的运行方向与皮带输送机胶带工作面运转方向相同，其受力分析如下。

图3 电动卸料车受力分析

F1——胶带运行时，胶带张力对卸料车滚筒A的水平作用力（作用力方向与胶带工作面运转方向相反）。

F2——胶带运行时，胶带张力对卸料车滚筒B的水平作用力（胶带张力，作用力方向与胶带工作面运转方向相同）。

P总——卸料车倾斜工作面胶带及胶带工作面上分布物料对卸料车的作用合力（作用力方向与胶带工作面运转方向相同）。

PN——卸料车自重+皮带机胶带（以及分布在胶带上的物料）对卸料车垂直向下作用力之和与轨道间产生的滚动摩擦阻力（作用力方向与卸料车运行方向相反）。

FV——卸料车行走机构驱动力（作用力方向与卸料车运行方向相同）。

β——电动卸料车滚筒A与滚筒B俩中心连线与水平线的夹角。

从图3中得知，卸料车受（F1+PN）和（F2+ P总）力的作用，如果不考虑滚筒、托辊及行走轮自身的旋转摩擦阻力，当（F1+PN）=（F2+P总）时卸料车两个方向受力抵消，合外力为0，它是静止不动的，无论是公式等号的哪一边加上卸料车行走机构驱动力PV它就会按着设定好的驱动速度等速平稳运行，也就是物理学中所讲的“外力不变，运动力不变，保持物体匀速运动”。

2.2 电动卸料车“飞车”的原因分析

设定为卸料车运动方向与皮带机胶带工作面运转方向相同工况下进行分析；依据物理学，物体无力不运动，力是产生速度、加速度的根本原因。外力+运动力，才是产生加速度的根本原因。卸料车之所以“飞车”，就是因为运动着的电动卸料车车体上作用着方向相反，大小不同的皮带机胶带张力的水平力（F1）和（F2）、卸料车斜面皮带上物料对车体的作用合力（P总）、车体自重与轨道之间的滚动摩擦力（PN）以及卸料车行走驱动力（PV）等等。F1和PN力作用方向相同，F2和P总力作用方向相同，由于卸料车结构型式的原因，经过计算，无法满足（F1+PN）=（F2+P总），而一定是（F1+PN)＜(F2+P总），并且β角越大，（F2+P总）值则越大，卸料车受到的外部作用力就越大，所以，在外力的作用下卸料车车体的运动力不断增大，使卸料车的速度不断加快，卸料车在运行中就产生了加速度，也就是“飞车”。

其实卸料车“飞车”的因素还很多，比如：皮带机胶带正常运转，卸料车转位，从停止状态突然开启制动器，开启行走驱动装置，这时对卸料车突然冲击；运行中的惯性力、物料对皮带机胶带工作面的正压力的不均匀变化产生的冲击惯性、轨道不平产生的冲击等也都是产生飞车的因素。

就目前为止无论是国内生产还是国外进口的电动卸料车，大部分还存在“飞车”的缺陷。

2.3 解决电动卸料车“飞车”的措施

（1）保证卸料车结构形式设计合理

国内的传统电动卸料车虽然很早就载入了“TD75、DTII系列皮带机选用手册”、《运输机械设计选用手册》中，作为工程设计师们的设计选型依据，但是，“手册”中的卸料车资料作为工程设计选型时使用并不全面，资料中只有电动卸料车适应的皮带宽度、驱动功率、运行速度和几何尺寸，没有卸料车的受力分析及计算过程，设计师们对所有皮带机物料输送系统的设计选型，无论运行环境如何，输送任何介质，只要皮带机的带宽一样，就选用同样型号的卸料车，这样的选型设计很不合理。“手册”中的卸料车设计时对其整体受力情况分析不够充分，头部滚筒和尾部滚筒的布置也不合理，仅照顾了卸料车本身的紧凑性和少用材料、降低成本，只靠卸料车自重与轨道之间的滚动摩擦力无法抵消运行着的胶带张力和胶带工作面上的物料对卸料车的水平作用力，又没有相应的遏制“飞车”的措施，所以，卸料车在皮带机胶带运转工况下启动行走就会发生“飞车”现象。

通过前文所述，作者与同事们经过消化、吸收国外先进技术，结合国内实际运行情况，在卸料车设计时主要在其结构形式和前、后滚筒的布置方面作了较大的改进。

1）为了解决卸料车运行轨道不平、不直会对其运行过程中造成颠簸或冲击的问题，在卸料车的结构型式设计上，采用了前后车体为铰接形式，此形势的设计可以较好地吸收卸料车在运行过程中轨道不平或不直对其的冲击，减少卸料车突然受外力作用而产生加速度。

2）在皮带机物料输送系统工艺设计时，应给卸料车留有富余的空间位置，在卸料车物料提升高度确定的条件下，卸料车总体长度延长，尽可能将前、后滚筒中心连接线与水平线夹角缩小，也就是图3中β角减小，当β角减小时，皮带张力作用于滚筒A上的水平力F1与皮带张力作用于滚筒B上的水平力F2两力大小之差值减小，卸料车重量增大，PN增大，相应的（F1+PN)与(F2+P总）的差值减小，即作用在运动着的车体上的外部运动力（产生加速度起主要作用）减小，也就减少了“飞车”的因素。

（2）增加辅助设施遏制“飞车”发生

1）新型电动卸料车增设了较先进的智能化电气控制装置，不仅能够满足设备的起步、前行、后退、选位卸料、停车等一般需要，还可以通过装置在行走轮上的旋转编码器与PLC或上微机配合，时刻监测卸料车的运行速度，当卸料车在皮带机胶带运转力作用下超越事先设定的行驶速度向前行走时，智能控制系统通过控制液压制动器工作，使卸料车减速或者停车。

2）在卸料车从停车开始启动，打开制动器准备行走时，利用智能控制系统给卸料车行走驱动机构一个反向扭矩，短时间内恢复正向驱动，减小卸料车启动冲击，也可以遏制飞车的发生。

3 结论

总之，充分利用合理的总体设计和增加遏制“飞车”的有效措施，新型电动卸料车是可以安全，平稳、可靠运行的，这就是笔者在设计研发以及多年的工作中对卸料车“飞车”处理的一点体会。

Reason and the Processing Method of the Electric Traveling Tripper“Over Speed”

SUN Li-min
（Huadian Zhengzhou Mechanical Design Institute Co.，Ltd.，Zhengzhou450052，China）

After the running-away problem solved，the electric traveling tripper will be ideal equipment in the single point or multi-point discharging belt conveyors in the bulk material transport systems.Because the electrical control of the traditional electric traveling tripper is out-dated，the discharging place is not unflattering，it can cause the material leakage and the environmental pollution，and the running-away problem is very frequent in the running process，the traditional electric traveling tripper can not run smoothly and unfailingly and that causes the equipment damage and other accidents.The new electric traveling tripper adopts the intellectualized electrical control，and it uses the effective measures to contain the running-away problem，especially，the reasonable structure type is chose in the traveling tripper design，it completely solves the shortcomings and the shortages of the traditional electric traveling tripper.

belt conveyor；electric traveling tripper；the running-away problem；the intellectualized control；reasonable structure type

TH242

A

1009－9492(2015)10－0046－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.012

孙利民，男，1956年生，河北唐山人，大学本科，高级工程师。研究领域：电站设备、物料输送设备及系统设计。已发表论文1篇。

(编辑：阮 毅)

2015－07－27