使用托辊组防止皮带输送机跑偏
随着国民经济的进一步发展，皮带输送机以其长距离、经济效果好、适应性强等特点，在冶金、煤矿、电力、建材和交通运输等部门得到了广泛应用，成为运送散状物料的主要输送设备。因此有效的解决皮带输送机在设计和运转中出现的各种问题，提高输送设备的安全可靠性和运行效率，可产生重大的经济效益和社会效益。由于皮带输送机零部件的设计制造质量，设备安装质量等问题，常常在试运转和正常运转中发生皮带跑偏现象。据有关资料介绍，煤矿井下胶带出现事故的70%～80%都是由于皮带跑偏引起的。按皮带输送机正常使用范围，跑偏量在5%以内是允许的，但是当跑偏量超过带宽的5%后，就要采取一定的措施来纠偏。皮带输送机跑偏运行造成的后果是相当严重的，它会使皮带与机架、托辊支架互相摩擦，造成皮带边磨损，覆盖胶层局部剥离，划伤严重时会造成输送机皮带纵向撕裂，严重影响皮带寿命，同时还会引起物料外溢，跑偏量大会导致皮带输送机紧急停车而影响生产，造成较大的经济损失。
在皮带输送机运转过程中，输送带受各种偏心力作用，使其轴线离开输送机中心线而偏向一边，这种现象称作皮带跑偏。产生跑偏的原因有：输送机张力不足、输送的物料堆积不均造成偏载、输送机架变形、托辊部分轴承存在缺陷、托辊安装不对中、输送带接头歪斜等等。针对输送带跑偏的原因，在皮带输送机设计、使用过程中，通过增强机架刚度、及时更换有缺陷的托辊、提高托辊安装质量、提高输送带接头质量等方法，能有效地控制输送带的跑偏。但是由于客观因素的存在，皮带输送机在运转中完全避免输送带跑偏是不可能的，因此如何采取有效的技术途径防止皮带跑偏，应该是在皮带输送机设计中考虑的问题之一。上海昱音机械根据多年的经验和对皮带输送机安装调试中发现的具体问题的研究，认为利用皮带输送机的托辊组来防止输送机皮带跑偏，是较为简单可行的技术方法。本文就皮带输送机设计中可以采用的几种防止上、下分支输送带跑偏的托辊机构及防偏原理做以下论述。
1、防止皮带输送机上输送带跑偏
用托辊组防止上分支输送带跑偏的方法有调心托辊组、前倾托辊组两种结构形式。
(1)调心托辊组
调心托辊组由托辊、立辊、回转架和轴承座4部分构成，如图1所示。http://www.yuyinsh.com/upLoad/news/month_1409/201409261146173631.jpg
图1 回转式槽型调心托辊组
1一立辊； 2一托辊； 3一回转架； 4一轴承座 立辊垂直布置，其中内设有一对滚珠轴承可以转动，以便在输送带和立辊接触时减少输送带边缘的磨损。回转架和立辊固定为一体，通过立辊的带动，回转架在一定的角度内可以绕轴承座中心线顺时针，逆时针转动。
调心托辊组防止输送带跑偏的原理是，当某种原因产生输送带跑偏时，输送带中心线O'O'与输送机中心线O O不再重合。如果输送机皮带跑偏到设计允许跑偏量的极限时，会接触到某一侧的立辊(假设接触到右侧立辊)，这时输送带继续跑偏，将给立辊以正压力N和摩擦力N·f，立辊上作用的这两个力对轴承座中心线产生力矩，由于回转架和立辊固定为一体，在这两个力的作用下，通过立辊带动，回转架将绕轴承座中心逆时针转动β角，由于输送带运行的方向不变，因而带给回转架上的3个托辊与运动方向一致的合力F，这个合力F分解为两个分力Fr和Fa，分力Fr使托辊绕轴线转动，分力Fa使托辊轴向移动，由于托辊固定在回转架上的，无法轴向移动，因而托辊给输送带一个反作用力，其大小与Fa相等，方向与Fa相反，这个反作用力将促使输送带复位。受力分析如图2所示。http://www.yuyinsh.com/upLoad/news/month_1409/201409261149056793.jpg
图2 受力分析图
O—O皮带输送机中心； O'一O'胶带中心； O—O'跑偏量 从以上分析可以看出，调心托辊组对防止输送机皮带跑偏有一定的效果，但也存在某些缺点。其一，按力学分析，调心托辊组给输送带的反作用力大小为
Fa’=Frtanβ
式中：Fa’一托辊给输送带的反作用力；
Fr一使托辊绕轴线转动力；
β一回转架转角。
由于Fr的大小等于托辊运行阻力，对单个调心托辊组其数值并不大，而回转架转动角度β值一般设计为10°左右，加之调心托辊比普通的托辊结构复杂，成本较高，正常的输送机设计每隔10-16组普通槽型托辊组才安装一组调心托辊组，所以Fa’的数值有限，调心效果不太明显。其二，由于输送带沿机架运动时不存在精确的稳定位置，在调心托辊组给输送带反作用力下，输送带向中心位置偏移，这时输送带与立辊就脱离了接触，输送带给立辊的正压力和摩擦力就不复存在。由于回转架没有其它的力使其复位，如果此时引起跑偏的临时性因素消失。那么输送带将在托辊的反作用力作用下继续向左侧立辊移动，直到碰到左立辊引起回转架J顿时针转动为止。当回转架顺时针转动β角，按照回转架逆时针β角的受力分析方法，输送带将在另一个Fa反作用力下再次向右立辊方向移动，开始一个新的循环，即输送带不断地从一个极限跑偏位置摆动到另一个极限跑偏位置。这种运转状况加速输送带边缘磨损，缩短输送带使用寿命，并使输送带运行阻力增大。其三，如果皮带输送机逆向运动，由于速度的反向，输送带引起图2中F、Fr、Fa各力也相反，结果输送带在Fa的反作用下越跑越偏，因此调心托辊组不能使用在可逆式皮带输送机上。普通皮带输送机调心托辊组安装时必须注意立辊的位置，即按图1方式安装，否则将会出现相反的结果。其四，由于井下环境比较恶劣，粉尘湿度都较大，轴承座和相配轴接触而很容易锈蚀，直接降低了回转架的灵活性，影响到调偏效果。调心托辊的这些缺点，在设计选型上都应当加以注意。
(2)前倾托辊组
普通槽型托辊组的3个托辊轴心一般布置在同一垂直平面内。前倾托辊组就是将槽型托辊组两个侧托辊均向输送带运行方向前倾一定角度，这个角度设计中一般取2～3°，如图3所示。前倾托辊组防止输送带跑偏的原理是，两侧托辊的轴线不再与输送带运行方向垂直，而是前倾一个角度r，因此两侧托辊各自将产生一个使输送带向中心移动的力FA和FB。http://www.yuyinsh.com/upLoad/news/month_1409/201409261152472471.jpg
图3 前倾式槽型托辊组
1一托辊； 2一托辊架 当输送带正常工作时，两侧托辊与输送带接触的长度相等，输送带给两侧托辊的摩擦力相等，因此使输送带横向移动的分力也就相等，即FA等于FB，输送带中心线和输送机中心线重合，输送带在中间位置保持平衡。当输送带向某侧跑偏时，输送带中心线和输送机中心线将不再重合，此时两侧托辊与输送带接触的长度发生变化(如图4)，假设输送带向A托辊一侧跑偏，输送带与A托辊接触长度将增加，摩擦力Fr相应减少。
即 FA=FrAanr
FB=FrBtanr
因为FrA＞FrB，所以FA＞ FB
FA- FB=Fhttp://www.yuyinsh.com/upLoad/news/month_1409/201409261157103900.jpg
图4 前倾托辊组受力分析 在F力的作用下，输送带向中间移动，直至达到平衡。
由于输送带复位的力量是两侧力的差值，绝对值较小，为了使输送带能在中间位置保持平衡运动，设计皮带输送机时，如果采用前倾托辊组，则上托辊应是全部采用前倾托辊组。
采用前倾托辊组将使托辊的运行阻力明显增大。在皮带输送机设计中，选用前倾托辊组一般选型计算应将托辊阻力系数增大10%，用以考虑托辊前倾而增加的阻力，具体设计时使用以下公式计算由于前倾托辊而增加的阻力。
F1=0.12L(q0+q)cosαsinr
式中：F1一前倾托辊增加的阻力；
L一装有前倾托辊组的输送机长度；
q0一每米长输送带的质量；
q一每米长输送物料的质量；
α一输送机的倾角；
r一前倾托辊组的倾角。
由此可见，采用前倾托辊组，皮带输送机运行功率将增加。
2、防止输送机下分支输送带跑偏
用托辊防止输送机下分支输送带跑偏采用的方法有下调心托辊组和V型下托辊组。下调心托辊组的工作原理同上调心托辊一样，这里不再重述。下面仅对V型下托辊组结构型式和调偏原理做以下论述。
V型下托辊组结构型式如图5所示。由两节托辊和托辊架组成，两个托辊分别与水平面成α夹角，形成V字型，设计时α一般取15°。
V型下托辊组调偏原理分析如下：http://www.yuyinsh.com/upLoad/news/month_1409/201409261158576563.jpg
图5 V型下托辊组
1一托辊； 2一托辊架 如图5所示，当输送带属于正常工作时，输送带中心线和输送机中心线重合，两节托辊上各承受输送带的重量相等，输送带自重产生的输送带横向移动的分力T1和T2也相等。当输送带向一侧跑偏(假设输送带向右侧跑偏)时，两节托辊各承受输送带的重量将改变，跑偏侧的输送带接触长度加长，重量增加，另一侧输送带接触长度减短，重量减轻，减小，因此有：
L2>L1，所以G2＞G1
G1sinα=T1，G2sinαT2，所以T2>T1，T2-T1=T
在T力的作用下，输送带将向中间位置移动直至平衡。如图6所示。http://www.yuyinsh.com/upLoad/news/month_1409/201409261213292232.jpg
图6 V型下托辊组受力分析 由以上论述可知，利用皮带输送机所用托辊组来防止输送机http://www.yuyinsh.com跑偏，理论上是正确的，也已在实际中应用，并且取得较好的防跑偏效果。但是也应看到，这些防止输送带跑偏的托辊，尤其是调心托辊，在使用中都存在某些不足，如何做到既能用托辊组防止输送带跑偏，又能克服托辊组在防止输送带跑偏过程中所存在的缺陷，这是今后需要进一步探讨的课题。
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