皮带输送机纠偏装置的设计应用*

郭 波

(同煤集团燕子山矿，山西 大同 037003)

0 引 言

皮带输送机具有输送距离远，功耗低，工作可靠的优点，广泛应用于煤矿的生产运输过程[1]。由于皮带输送机运行工况较为复杂，如运输距离远，所受载荷不均匀等问题，造成皮带机在实际应用中会产生很多故障[2]。皮带机运行过程中皮带的左右偏移会造成煤料洒落、皮带机结构受到破坏，零部件遭到磨损等问题，皮带机的使用寿命大大降低[3]。

目前同煤集团燕子山煤矿缺少对皮带输送机纠偏装置的应用，只对跑偏信号进行监测，当检测到故障信号时，对皮带机需进行断电维修处理，而皮带机跑偏的修复时间、物料清理时间等过程会直接耽误和影响正常生产。因此，笔者针对皮带输送机跑偏故障的自动检测与故障处理问题，分别进行检测装置与纠偏装置的设计探究，以解决燕子山煤矿皮带机的自动纠偏问题。

1 皮带跑偏故障的机理分析

皮带机的主体结构由皮带、滚筒、托辊、驱动电机与传动装置等组成，主体简化结构如图1所示，图中省略了皮带机的驱动部分。空载状态下，皮带的驱动和改向都通过滚筒完成，各滚筒之间的皮带依靠托辊承载，皮带的运行方向与滚筒和托辊的俯视中心线重合，在这种运行状态下，皮带机的输送量最大，运行状态最稳定。皮带在空载状态下，运行方向主要受到自身重力的影响，如果安装时，皮带对称布置的状态较好，中线两侧的力相互抵消，两侧的皮带在重力作用下向中间靠拢，皮带将自动居中运行，不发生跑偏。

图1 皮带输送机结构简化图

皮带机主体结构稳定，无倾斜时，重载情况下的受力分布如图2所示，此处将煤料分为左侧煤料，中间煤料与右侧煤料三部分，其中中间皮带部分在物料的重力作用下，受到竖直向下的正压力F；左侧物料在重力作用下，对皮带的左侧斜面施加垂直于斜面向下的压力F1与沿斜面向下的推力F2，F1与F2的矢量和为FG，右侧物料与皮带的受力情况与左侧对称，施加沿斜面向左的推力与垂直向下的压力。当F2′=F2时，皮带处于居中状态，输送机运行状态良好，无跑偏；当F2′>F2时，皮带受到总体向左的推力，推力大小Fa=F2′-F2，皮带左移，发生跑偏故障；当F2′

图2 皮带输送机重载受力示意图

结合以上理论分析，重点通过对皮带机跑偏检测装置与纠偏装置的设计，以解决皮带机跑偏后自动纠偏的问题，缩短故障处理的时间，为煤矿正常生产运行提供保障。

2 皮带机纠偏装置设计

为了实现皮带机自动可靠的纠偏效果，装置需要满足的要求：适应性强；测量信息准确；通讯稳定可靠；无检测盲区；安装简单，操作方便。

2.1 皮带跑偏检测装置设计

皮带机由于托辊轴线与主题机构中心线不重合，滚筒圆柱度误差大、接投不合格等原因，皮带上的煤料可能会偏离运行中心，当偏移量到达一定值后，输送带与侧面的机架发生摩擦，造成磨损、撒料等后果。跑偏检测装置的作用就是监测皮带的运行情况，当偏移量超过系统设定阙值后，检测装置将信号传输到控制器，对偏移量进行纠正，避免发生安全事故。

皮带的跑偏检测装置如图3所示，安装于皮带输送机的两侧，当皮带发生偏移时，皮带会触碰到检测装置的立辊，皮带带动立辊转动，打开装置内部的开关，发出跑偏信号。立辊设有纵向回转功能，当煤料随着皮带的偏移对立辊发生冲击时，立辊可沿着皮带的运行方向发生一定角度的偏转，随后依靠弹簧或者人工进行复位。

跑偏检测装置的工作方式为分级检测，当立辊偏转角度为15°～30°时，发出一级跑偏故障信号，利用纠偏装置对皮带位置进行调整；当皮带继续发生偏移，偏转角度达到30°以上时，发出二级跑偏故障信号，皮带机停机检修。跑偏检测装置立辊的作用力取决于立辊的回转角度，在保证立辊可自动复位的前提下，作用力应当越小越好，一般设置为20～60 N。

图3 皮带输送机跑偏检测装置示意图

2.2 皮带纠偏装置设计

在煤矿实际生产过程中，当皮带发生偏移时，无法立即停机维修，这时就要借助到纠偏装置对皮带的位置实现一个动态调整。常用的纠偏措施有以下四种：调整托辊的高低或与皮带的夹角；调整挡料板与皮带的接触位置；调整驱动滚筒和改向滚筒相对皮带的位置。此处设计的纠偏装置主要是通过改变调心托辊的偏移角度，来实现皮带位置的调整。

由皮带受力分析可知，皮带的跑偏不仅与物料自身重力影响有关，还与两边托辊的角度有关。比如，当皮带向左偏移后，通过增大左侧调心托辊的偏移角度，降低右侧可将皮带调心托辊的偏移角度，可实现皮带位置的纠正。此设计的皮带输送机纠偏装置安装示意图如图4所示。

图4 皮带纠偏装置安装示意图1.检测装置安装支架 2.立辊 3.调心托辊 4.皮带 5.平行托辊 6.开关体

此装置采用推杆的方式控制托孤角度。纠偏托辊组分为调心托辊组与前倾托辊组，针对不同皮带输送机，其具体布置方式可分为两种：对于短距离皮带输送机，在每10组槽形托辊的承载分支设置一组调心托辊组；对于中长距离的皮带输送机，在输送机的头部和尾部分别设置前倾托辊组，在其他适当位置设置调心托辊组。

3 纠偏装置工作流程设计

纠偏装置的控制器由PLC及相应的控制电路组成，负责对检测信号的处理，控制调心托辊组的偏转角度。PLC控制器选用西门子公司的S7-300系列CPU314型号，具有结构简单，维护方便的特点，可满足纠偏装置的控制精度需求。纠偏装置工作的流程设计如图5所示。

图5 纠偏装置软件流程图设计

系统初始化后，皮带机启动，运行检测子程序，监测皮带运行的位置情况。当检测到立辊偏转角度在15°～30°范围之间时，启动纠偏装置，PLC控制器根据偏转的具体角度，计算调心托辊组所需的调整角度，纠正皮带的位置。当检测到偏转角度大于30°时，纠偏装置报警，切断皮带输送机电源，进行断电维修。

4 实践应用效果

所设计的皮带输送机纠偏装置，分为检测装置与执行装置两部分，通过检测皮带的偏移量，可实时纠正皮带的位置。根据实际应用效果，装置对偏转角度处于15°～30°之间的纠偏效果可达85%，对偏转角度>30°的情况同样具有纠偏预警功能，改善了皮带机的纠偏效果，提高了皮带2～3倍的使用寿命。

所设计的皮带输送机纠偏装置，有效的改善了燕子山煤矿皮带机的纠偏效果，避免了频繁停机维修带来的经济损耗，有较好的实际应用价值。