带式输送机自动调偏装置设计问题研究

带式输送机自动调偏装置设计问题研究

康健

安徽省矿业机电装备有限责任公司 235000

摘要：带式输送机具有输送量大、运输距离长、结构简单、运输物料范围广、成本低、装卸料方便、可靠性高、自动化程度高等特点，可广泛应用于冶金、化工以及工矿等生产企业，是物料运输的重要生产设备。随着我国工业化的不断发展，大功率、长距离、高负载的带式输送机需求猛增，越来越多地被应用于生产企业，因此带式输送机的可靠运行对企业高效发展就显得尤为重要。据统计，在带式输送机运行过程中80%故障都是由于输送带跑偏而导致的，故应对带式输送机跑偏现象进行调偏装置设计研究，以通过减少带式输送机故障发生率提升企业经济效益。

关键词：可编程控制器；带式输送机；自动调偏装置；监测装置

1 带式输送机的基本结构与跑偏原因分析

常规的带式输送机主要由七部分组成，具体包括传动装置、驱动装置、拉紧装置、支撑装置、安全防护装置、清扫装置以及附属装置。其中，传动装置又包含输送带、传动滚筒、托辊等。驱动装置又包括减速机、驱动滚筒、电动机、联轴器等。带式输送机的皮带跑偏原因可分为皮带空载受力引起的跑偏与皮带重载受力引起的跑偏两方面。当皮带处于空载状态，对带式输送机皮带进行受力分析后发现，在设备安装、结构以及材质方面无缺陷的情况下，带式输送机的皮带受力平衡点只有在滚筒以及托辊中线上时，皮带才会保持平稳运行状态，否则就会发生跑偏现象。当皮带处于重载状态，对带式输送机皮带进行受力分析后发现，只有当物料重心处于皮带中线且该中线与滚筒、托辊的中线相重合时，皮带才会处于稳定运行状态，否则就会发生跑偏。依据力学分析，带式输送机之所以出现跑偏问题，主要是受以下因素的影响：首先垂直于运动方向时，输送带的受力不均衡会使合力不为0。其次在运动方向上，输送带产生的拉应力不平衡，这些情况都会造成带式输送机输送带的局部或全部偏离输送机中心线。下面便具体分析带式输送机跑偏问题的原因。在安装调试的过程中，若带式输送机的中心线调整得不够精准，即输送机中心线存在偏差便会出现输送机跑偏问题；其次在安装机头、机尾时，二者的轴线不平行也会出现该问题；再者安装托辊组时轴线未与带宽方向平行，也会造成托辊组合成的线速方向与输送带实际运动方向出现偏差。在安装输送带的过程中，由于输送带接头与其中心线未呈现为直角，也会致使输送带受力不均衡。此外，未按照标准安装导料等部件也会造成输送带两侧的阻力不均，再加上防跑偏与调偏装置配备得不合理，最终也会致使带式输送机发生跑偏。日常工作中，输送机的给料装置易出现很多问题，如给料点、落料点的方向不一致，这不仅会造成落料偏离，还会加大输送带的受力，并使其偏离中心线；若落料的高度、角度不合理，也会导致物料偏离，若输送带受到较大的横向冲击力，也会出现带式输送机跑偏问题。

2 带式输送机自动调偏装置设计

2.1 PLC 电气控制系统设计

PLC 电气控制系统主要分为四部分，具体为PLC控制器、跑偏监测装置、控制台以及人机交互界面。系统通过跑偏监测装置采集带式输送机皮带运行信息，将信息传输至PLC 控制器后，PLC 控制器会对信息进行分析处理，处理后的信息一方面会发送至控制台，对纠偏装置发出动作指令；另一方面会发送至人机交互界面，将信息显示在交互屏幕上，方便操作人员随时观察了解设备状态。根据带式输送机自动调偏装置的实际需求，本文拟选择西门子公司的S7-200 型PLC 可编程控制器，该型号传输速度快、抗干扰能力强，较为符合自动调偏装置设计要求。

2.2 跑偏监测装置设计

跑偏监测装置可分为检测装置以及机械式跑偏量检测装置两部分。检测装置共有四种检测方式，分别为单侧、双侧、回程、正面。单侧安装是将检测托辊向皮带中线方向调整，利用单位位移量判断皮带；双侧安装是使两边的检测互为验证，使皮带位置信息的检测更为准确。机械式跑偏量检测装置原理为：托辊架旋转轴与角度编码器通过软连接的方式相连，当托辊架因皮带移动而发生推移后，角度编码器会随着托辊架一起旋转，编码器通过推移量的多少对旋转角度进行编码计算，控制器依据编码器的数值即可得出旋转角度，通过公式即可推算出跑偏量。倾角传感器是随托辊架一起转动的，传感器的安装位置在托辊架上，当托辊架因皮带位移而发生旋转形成摆角后，倾角传感器就会随着摆角的产生而发出倾角信号，控制器依据传感器信号通过换算即可得到皮带跑偏量与偏移角度数值。

2.3 自动纠偏装置设计

自动纠偏装置是对皮带与托辊的夹角调整，从而使运行状态下的带式输送机受到精细化动态纠偏的，该装置可在带式输送机运行状态下对皮带位置进行精准定位检测。依据功能的不同可将全自动纠偏装置部件分成四个部分，分别为检测机构、纠偏执行机构、控制机构以及保护装置。其中，检测机构为上述的跑偏监测装置，其位置在图3 中2的位置处，主要功能是对皮带的位置与运行状态的检测；控制机构为上述的PLC 电气控制系统；纠偏执行机构包括纠偏托辊组、推杆以及推杆步进电机；保护装置为行程开关与拨杆限位的安装，安装位置在带式输送机运行时所允许的托辊左右摆动的最大处两侧各安装1个行程开关，拨杆限位安装在检测装置上。纠偏检测机构安装在上行皮带边缘，纠偏执行结构安装在下行皮带尾部滚筒处。纠偏托辊支架采用电动推杆与销轴铰接的方法连接，推杆伸缩方向设定为与皮带平行。电动推杆底座与机架也采用铰接的方式连接，推杆尾部可小范围摆动。纠偏装置的执行机构与检测机构的电动推杆与控制机构连接使用电线缆。保护装置与控制结构连接也使用电线缆。自动纠偏装置主要是通过调整托辊与皮带夹角进行皮带纠偏的，角度调整的精确性是纠偏装置性能好坏的关键。本文选用的是推杆的方式进行角度调整，主要原因是托辊在皮带下方，易受堆积物料的影响，降低精度。5 mm丝杆导程的GJ20 系列丝杠符合要求。

3 系统测试

按上述方法进行带式输送机自动调偏装置设计并对其进行实验测试。第一层是左纠偏曲线，一个波动代表向左调整一次；第二层是快速纠偏曲线，一次波动为一次快速调整；同理，第三层与第四层是左侧与右侧皮带边缘曲线；第五层是执行机构反馈曲线。通过分析可知，30min 内皮带出现4 次偏移，系统皆进行了纠偏操作。由此可知，带式输送机运行可靠性显著提高，故障发生概率可有效降低，对自动调偏装置进行3个月测试未发生因输送带跑偏而引起的故障，符合设计要求。

4 结论

带式输送机是现代工业生产的重要运输设备，对企业高效安全生产至关重要。在带式输送机的运行过程中，80%以上的故障都是因为输送带跑偏而引起的。针对带式输送机运行过程中输送带跑偏现象频繁的问题，提出采用基于PLC 的带式输送机自动调偏装置。通过对带式输送机的基本结构与跑偏原因进行分析，对PLC 电气控制系统设计、跑偏监测装置设计以及自动纠偏装置设计完成了自动调偏装置的设计。经系统测试后发现，带式输送机故障率下降、可靠性提高，使用3 个月内未发生因输送带跑偏而引起的故障，符合自动调偏装置设计的相关要求。

参考文献

[1] 袁理智.皮带输送机输送带跑偏的原因分析及预防措施[J].现代制造技术与装备，2021，57（3）：147-148.

[2] 郭王斌.矿用带式输送机弹力调偏托辊设计应用[J].山东煤炭科技，2020（7）：103-105.