楚 瑶

（晋能控股装备制造集团大同科大煤机有限公司，山西 大同 037000）

引言

煤炭资源作为推动我国经济社会发展的能源，近年来的掘进产量需求越来越大，对煤炭设备运行的可靠性提出了更高的要求[1-2]。煤炭生产企业运行状况取决于煤炭掘进的产量和效率，现已引起了煤炭企业的广泛关注[3]。带式输送机作为煤炭掘进工作必不可少的输送设备，承担着煤炭由综采工作面运输至地面的任务，工作的安全性和可靠性至关重要。带式输送机运行过程中极为常见的问题就是跑偏，也是所有带式输送机的通病，至今不能提出有效的解决方法。本文以某煤炭企业带式输送机为研究对象，分析输送带运转速度对输送带跑偏程度的影响规律，适当地进行参数优化，以降低带式输送机的跑偏问题。

1 跑偏原因概述

根据笔者查阅的相关资料及自身工作经验，归纳了带式输送机跑偏的原因如下：一是输送带运输过程中不可避免地出现粘料情况，这样就会产生输送带运转局部半径出现变化，导致输送带偏离原来的路径；二是输送带属于弹性体，使用时间延长之后会出现永久变形，导致输送带变长松弛，降低运转过程中的张紧力；三是煤炭输送时会出现落料不均匀的情况，出现同一位置煤炭重力不均布；四是带式输送机托辊出现损坏、卡滞等，使输送带运转时出现振动、跳动等。输送带的运行速度作为其工作的重要参数，有必要分析输送带出现跑偏问题时与带速快慢之间的关系，以便更好地指导生产。

2 有限元仿真计算

2.1 三维模型建立

根据煤炭企业服役的带式输送机运行布局及结构参数数值，运行SolidWorks 软件开展三维模型建立工作，如图1 所示。为了提高带式输送机仿真分析的效率，对其中分析结果影响不大的倒角、圆角等进行简化处理。

图1 三维模型

2.2 约束和载荷施加

建立完成的输送机模型另存为.igs 格式，导入Adams 动态仿真软件进行前处理。首先进行约束设置，将滚筒、托辊等与地面之间设置为转动副形式，此处必须注意转动副设置转向时要和滚筒和托辊的轴线相同。张紧装置中的滚轮设置为移动副，模拟张紧功能的实现。不同相邻的带块由轴套力约束，接触力施加在带块与滚筒托辊接触面，驱动滚筒设置电机驱动，张紧力设置为100 N，方向指向连杆左侧。

2.3 模型验证

带式输送机的有限元模型建立准确性可以通过软件验证，能够提示模型中各约束的合理性，通过分析得出，模型中构件总数近400 个，涉及的约束包括10 个转动副、1 个移动副、1 个电机，关联了2 000 多自由度，不存在约束的冗余，建模符合仿真计算要求。

3 仿真计算

3.1 工况分析

仿真过程主要验证带式输送机运转过程中输送带转速对输送带跑偏的影响，此处需要将其他的作业参数一定，包括张紧力等，设置不同的输送带运转速度，分布为0.1 m/s、0.2 m/s、0.3 m/s、0.4 m/s、0.5 m/s、0.6 m/s，分析输送带在不同的运转速度条件下的跑偏情况。

3.2 仿真结果

通过带式输送机有限元仿真分析前处理及工况参数的设计，启动Adams 有限元仿真软件开展不同输送带运行速度对跑偏的影响程度，从仿真结果中调取不同输送带运行速度对偏斜托辊所受轴向力和跑偏量的影响。

3.2.1 带速对偏斜托辊轴向力的影响

由带式输送机不同输送带速下的仿真计算结果中提取带速对偏斜托辊轴向力的影响情况数据，统计结果如图2 所示。

图2 不同带速对偏斜托辊轴向力的影响结果

由图2 不同带速对偏斜托辊轴向力的影响结果可得，带式输送机工作时，随着输送带运转速度的增加，偏斜托辊作业时的轴向载荷逐渐增加，由图2 的曲线可以看出，轴向载荷增大体现在了数值振动幅度的提高和波动频率的加大。由上述的仿真分析结果及数据变化趋势可以得出，在输送带转速提高时，输送带所受的侧向激励变得不稳定，输送带的侧向稳定性也逐渐降低。

3.2.2 带速对跑偏量的影响

跑偏评价通常采用跑偏量定量描述，因此通过仿真计算获取输送带运转速度对跑偏量的影响规律，跑偏量的表征提取输送带前端，标记140 号的带块所受的侧向位移进行定量分析，结果如图3 所示。

由图3 可以看出，140 号输送带带块的侧向位移量数值在不同的带速时分别是0.46 mm、0.85 mm、1.21 mm、1.54 mm、1.86 mm、2.22 mm。观察输送带运转速度为0.5 m/s 和0.6 m/s 状态下，取样的140 号带块已经旋转完成整圈运转，再一次返回至输送带工作表面，因其多转了1 圈，跑偏量累积数值较大。为了更好地分析带速对跑偏量的影响，此处取带块第一圈的最大跑偏量数值。

图3 不同带速对跑偏量的影响结果

为了更好地分析带速对跑偏量数值的影响，统计分析影响规律，汇总了带速与跑偏量的变化趋势曲线，如图4 所示。

由图4 仿真分析统计结果可得，带式输送机运行过程中的带速增加，跑偏量也随之增加，增加关系近似线性关系。由图4 曲线还能够得出，随着带式输送机带速的不断增加，输送带的跑偏量呈现出的是正比例增加趋势，侧向稳定性逐渐降低，故而在使用高带速时必须严格控制带式输送机的侧向激励。

图4 输送带最大跑偏量随带速的变化规律

4 参数优化及应用效果

依据上述输送带运转速度与跑偏量的变化情况，对企业服役中的带式输送机跑偏问题提出了对应的改进优化方向。该带式输送机运行速度通常设定值为0.2 m/s，因为带速越大，跑偏量越大，因此将带速降低至了0.1 m/s，之后进行运转试验，跟踪记录试验结果。试验时可以看出，带速降低之后跑偏现象不再明显，统计数据显示，参数优化之后的带式输送机，每周的跑偏停机调整次数由原来的10～13 次降低至了2～5 次，输送机的工作效率提升了近8%，节约了1～2名输送带运行维护工人，降低了煤炭生产投资，预计为煤炭企业能够新增经济效益近50 万元/年，取得了很好的优化效果。