皮带机跑偏故障的分析与处理

皮带机跑偏故障的分析与处理

1带机故障的表现作为一种重要的材料输送设备，该装置在煤炭、能源、冶金、采矿、港口等行业广泛使用。这是短距离材料交换的主要方式之一。皮带机主要由机架、托辊组、纠偏装置、皮带、驱动装置、张紧装置、控制报警装置等组成。皮带机运行过程中皮带跑偏是较为常见的故障。当跑偏出现后,轻者造成沿线物料遗撒、污染环境、刮蹭、磨损、撕裂皮带边缘、缩短皮带使用寿命,从而造成经济损失,重者会造成皮带断裂、物料输送中断,从而影响生产,形成重大经济损失和安全事故。因此,研究皮带机跑偏原理和纠偏措施显得尤为重要。2皮带滑动力学原理2.1驱动品间距的安装皮带机一般为直线布置,允许与水平面有一定的仰角,仰角最大不超过18°,托辊组按一定间距固定安装在机架上,并承托着皮带,皮带沿机架纵轴方向呈封闭形环状绕机架一周,分布在上下托辊上。同时,又在张紧装置作用下,与驱动滚筒间产生一定张紧力。当驱动滚筒在驱动装置作用下匀速转动,并依靠摩擦力带动承载着物料的皮带连续行进时,就完成了物料的输送。2.2应对最佳分布不偏不倚状态在实际生产中,要求皮带运行的理想状态是,皮带中心线与机架中心线完全重合,此时皮带运行处于绝对不偏不倚状态;当两条中心线不重合时,就会产生皮带跑偏现象;当跑偏值超出技术规范规定的允许范围时,我们就称之为皮带跑偏故障。2.3设备作业注意事项皮带跑偏造成的危害较多,主要有5个方面:(1)造成滚筒、托辊轴向力增大,容易引起轴窜,加速轴承损坏;托辊与皮带间产生滑动摩擦,加速胶面磨损。(2)容易造成皮带边缘磨损撕裂,缩短皮带使用寿命。(3)造成物料遗撒、污染环境,增加清理工作量。(4)触发控制保护装置动作,造成临时停止运行,影响设备作业效率。(5)严重时,遗洒的物料落在回程皮带上,在滚筒处来回翻卷,越积越多,皮带在滚筒处受力不均,致使皮带横向撕裂拉断,造成巨大的经济损失和安全事故。2.4内外工作因素引起粘连跑偏原因分析造成皮带跑偏的因素有很多:(1)滚筒圆柱度有较大误差、机架刚性差有较大变形、皮带伸长率不均匀等。(2)滚筒或托辊轴线与机架中心线不垂直、落料点处料流挡板不正、皮带接头不正等。(3)风、雨、雪等自然因素的影响。(4)巡检不到位、清扫不彻底、隐患处理不及时等。但经过长期的观察分析,不论何种因素造成皮带跑偏,都可体现为皮带受到了垂直于前进方向的水平侧向力,且不平衡,即水平合外力不为零。当合外力为零后,皮带就会平衡稳定、保持即有状态。跑偏偏离值达到一定程度,即为跑偏故障。下面就造成几种典型的皮带跑偏的因素,从力学角度予以阐述分析。2.4.1带突出线上线下相平衡的皮带机出现内循环冲击下的经济效应落料点不正致使皮带跑偏有两种情况:(1)料流落到皮带上后,其重心位置与皮带中心不重合。(2)料流从不同角度落下时,对皮带形成冲击。(1)料流落下后堆积在成弧形状皮带的一侧,料流重心偏离皮带中心(机架中心),此时料堆垂直向下的重力FZ可以分解为两个相互垂直的分力(见图1),即:垂直于皮带弧面的分力FZ2和沿弧面切线方向的分力FZ1,FZ1,就会对皮带形成推力,使之横向移动造成皮带跑偏。移动过程中料堆重心不断向机架中心趋近,FZ1也逐渐变小并趋近于0;与此同时,已跑偏的皮带会产生两个力与FZ1相抗衡。(1)皮带偏离侧所受拉应力越来越大,并大于内侧拉应力,会产生一个逐渐增大的向心弹力。(2)已偏离机架中心的皮带自重力,沿弧形切线方向产生一个分力。如果皮带跑偏严重,偏离侧受到其它装置的推挡就会产生第3个力,当这3个力之和ΣF合与ΣFZ1相平衡时,皮带就停止横向移动。由于料堆在皮带上的位置一般不改变,FZ1始终存在,所以在没有采取纠偏措施的情况下,皮带会一直保持跑偏运行。同时,由于ΣF合的存在(不管它有多么小),料堆重心始终趋近机架中心而不能重合。皮带机在这种工况下运行极易造成物料遗撒。(2)料流冲击皮带分两种情况,即:冲击点在皮带中心或偏离中心。这里只分析冲击点偏离中心的情况,见图1。设想料流从A、B、C3个不同方向落下冲击皮带,按照分解重力的方法分解,同样存在推动皮带横向移动的切线分力,且依次为A方向最小、B次之、C最大。可以看出,料流冲击造成的皮带跑偏量与料流形成的冲击力、冲击角度、冲击点有关,冲击力又与料流大小、落差有关。冲击造成的皮带跑偏值,在料流刚接触皮带时的落料点处较大,但皮带在运行过程中,自身对跑偏会有所纠正。冲击点偏离中心容易造成导料槽处撒落料。2.4.2内皮内角f当改向滚筒轴线与机架轴线垂直时,皮带受到的拉力F的方向与机架轴线重合,此时皮带不跑偏;当滚筒轴线与机架轴线(皮带中心线)不垂直时,滚筒轴线相对垂直位置就会形成一个小的偏斜角β,此时皮带在滚筒上成一侧松、一侧紧状态(见图2)。由于滚筒对皮带拉力F的方向始终垂直于滚筒,所以F力方向与皮带中心线也存在偏斜角β,F力就会在机架的垂直方向产生横向力F平,F平=Fsinβ,故F平就会推动皮带横移而造成皮带向松弛侧跑偏。当跑偏到一定程度时,靠近滚筒附近的一段皮带,其跑偏侧受到其它装置的推挡或阻滞而形成弓形,此时F力方向与皮带中心线趋近重合,F平趋近于0,皮带虽然会因弓形产生向心弹力,但是很小;当F平与向心力之和跟阻滞力相平衡时,皮带就停止跑偏而稳定。这种情况跑偏容易刮蹭皮带边缘(特别是短皮带),对皮带伤害较大。2.4.3驱动滚动摩擦与导向品的结合正常工况下皮带两侧受到的牵引力是一样的,即FA=FB,此时皮带运行正常,如图3(a)所示。当某一侧皮带受到的外部阻力大于另一侧时,该侧托辊有的不转,原滚动摩擦转为滑动摩擦,皮带边缘与侧面架构发生刮蹭产生额外摩擦阻力F阻等,则皮带两侧所受的牵引力就会不一致,FB>FA,对驱动滚筒而言则B侧皮带趋紧,驱动滚筒两侧的张力差,造成B侧趋紧皮带无数微元体变形。取任一微元体分析变形情况,如图3(b)所示,使该微元体沿L方向产生变形增量dl的力,在滚筒A到B方向的分力便是导致皮带向B侧跑偏的力,也正应了“跑紧不跑松”这一实践规律,但规律只对驱动滚筒适用,对改向滚筒无效。该种跑偏在短皮带上体现的比较明显直观。2.4.4确定基于不同转动角速度的齿轮的转动角滚筒外表面因为粘料、磨损不均或加工制造误差等,造成滚筒两端直径大小不一致,使滚筒看上去呈锥形,见图4。当D2>D1时,由于滚筒两端转动角速度ω相同,所以滚筒右侧线速度大于左侧。假设皮带与滚筒间无打滑情况,转动后的皮带右侧线速度也大于左侧,右侧皮带会越转越紧,产生如图所示的形变,皮带产生形变的力F可分解成两个力FX和FY,FX就是导致皮带向粗端跑偏的力,也就是俗话说的“跑粗不跑细”的原因。3纠偏装置的外力及其内在稳定性皮带跑偏是因为受到不平衡的侧向合外力或扭力矩,纠偏的力学原理是:(1)消除产生不平衡合外力或扭力矩的根源。(2)利用纠偏装置产生外力,并与跑偏外力相抗衡。消除不平衡合外力根源其实很简单。例如:落料点不正,可以调整落料点的位置,使其变正;改向滚筒或托辊与机架不垂直,可以调整滚筒或托辊基座,使之垂直,这里不再赘述,下面重点讨论两种纠偏装置纠偏的力学原理。3.1托辊与托辊间滑动摩擦力当皮带不跑偏时见图5(a)、图5(b),皮带边缘与纠偏装置两侧带拐臂的立辊不接触,纠偏装置维持原状不动作;当皮带跑偏时,见图5(c),皮带边缘就会挤压立辊产生力F1,立辊会给皮带一个阻挡力。同时,还会对纠偏装置产生一个扭转力矩M1=F1L1,皮带边缘与立辊摩擦产生摩擦力F2,F2对纠偏装置产生一个扭转力矩M2=F2L2,M1与M2之和使纠偏装置在平面上绕回转轴产生一个偏转角β(见图6)。此时,皮带对托辊的托动力F,将其分解成两个相互垂直的分力。即:垂直于托辊并驱动托辊转动的分力FV和沿托辊轴向的分力FH,FH=Fsinβ。皮带对托辊施以推力FH,同时托辊对皮带施以反作用力F推,F推=FH。由于托辊沿轴向不能移动,所以F推就起到阻止皮带跑偏或将其推回原位的作用,F推又可分解为相互垂直的两分力F1和F2。当皮带与托辊间滑动摩擦力F摩>F推时,皮带受到的推力为F推,当F摩<F推时,皮带受到的推力为F摩。由此可知,重载比空载时更能发挥纠偏装置作用,这也是要求纠偏托辊高出其它托辊10~20mm的原因。3.2纠正拖动力的方式锥形托辊纠偏装置与立辊式槽型托辊纠偏装置类似,只是将两侧圆托辊换为锥形托辊,去掉立辊。如图7所示,当皮带以速度V运行时,带动托辊转动。此时锥形托辊各部位的角速度相同,而其大小头处的线速度却不同,取A1、B1两点,其各自线速度分别为V1、V2,则V1=V>V2,即锥形托辊在B1点的线速度V2,与该处皮带的速度V形成速度差ΔV。同时,皮带在B1点与托辊间产生纵向滑动,托辊在B1点对皮带产生滑动摩擦阻力,而皮带对托辊则产生与摩擦阻力大小相等,方向相反的拖动力。由于纠偏装置的上横梁可以绕回转轴转动,所以该拖动力拖动左侧托辊架产生绕回转轴旋转的趋势。皮带在正常运行不跑偏的情况下,纠偏装置两侧产生的拖动力大小相等,上横梁不会旋转;当皮带跑偏时,两侧拖动力不相等,跑偏侧大于另一侧,则该侧上横梁就会向皮带前行方向旋转一个角度,这使托辊产生横向摩擦推力推动皮带向另一侧移动,从而达到纠偏目的。4内外工作对策理解了皮带跑偏和纠偏装置的力学原理,就可以根据皮带跑偏的实际情况,有针对性制定对策。以三河电厂在输煤皮带机皮带跑偏治理方面的实际应用为例,介绍皮带机跑偏治理的措施。4.1按落料点的方向调整带流板,以控制方向跑偏三河电厂斗轮堆取料机设计出力1500t/h,悬臂皮带机带宽1400mm,带速2.5m/s。悬臂皮带曾发生皮带重跑偏报警停运、中断取煤作业故障(见图8)。通过现场空载和重载试运后,根据观察到的现象得出两条结论:空载皮带不跑偏,重载跑偏属于落料点不正造成。落料点偏离皮带中心落在右侧,溜槽与水平面有倾角,从而使料流对皮带形成向左冲击,二力叠加是皮带跑偏的根本原因,向左冲击力反过来又加剧落料点偏向右侧。解决方案(见图9):在溜槽上A部位设置导流板,将落料点从原来的C点调整到B点,即皮带中心左侧5~10cm,具体位置需根据皮带跑偏情况,反复调整几次来确定。原理是:落料点从C调整到B,使原来造成跑偏的叠加二力变为二力相抵,即重力的切线分力与冲击力的切线分力互抵,从而实现消除跑偏力的目的。调整过程应注意兼顾落料点处和工作段处两个位置的跑偏量。理想的调整结果是:落料点处略向左偏而工作段处略向右偏,跑偏量均很小且在允许范围内。经过调整后,最终实际效果与预计相一致,达到了治理目的。4.2改向滚动轴承内张力不一致,内压板张紧力不稳定#2翻车机下2台皮带给煤机设计出力1500t/h,带宽1600mm,带速0.485m/s,驱动滚筒和改向滚筒间距较小,仅为8m,张紧装置为丝杠式张紧,回程皮带装有纠偏托辊。这两条皮带时常跑偏,经过仔细观察发现,造成跑偏的因素有:(1)改向滚筒与机架轴线不垂直。(2)皮带两侧松紧不一致。(3)皮带两侧受到的阻力不平衡。分析:就改向滚筒而言,由于滚筒与机架轴线不垂直,皮带有向滚筒先接触的一端(皮带相对松弛一端)跑的趋势;对驱动滚筒来讲,皮带则有向紧端跑的趋势,二者方向恰好相反。在利用丝杠调整改向滚筒位置的同时,也在影响皮带两侧的张紧力,理论上改向滚筒垂直机架轴线时,皮带在没有接口问题的情况下,两侧张紧力应一致。对策如下:(1)先将改向滚筒调整到垂直位置并与张紧力相当,再观察皮带两侧松紧度和皮带跑偏情况。由于皮带带速较慢,调整后效果会慢一些,所以观察时间要相对长些。(2)如调整后仍存在皮带两侧松紧度不一致和皮带跑偏情况,则不宜再调改向滚筒。此时跑偏系皮带接口不正或受内伤造成,可利用纠偏装置或将托辊微调小角度完成纠偏,远期可考虑更换皮带。(3)对于皮带两侧受到阻力不一致的情况,采取定期检查,使转动部位灵活无卡涩,清扫器和挡煤皮带受力均匀。实践证明,此种方法行之有效,两条皮带已基本无跑偏。4.3带飞性能分析及对策煤场#5皮带机与斗轮堆取料机配合进行堆取煤作业,全长350m,带宽1400mm,带速2.5m/s,头尾部双驱动,尾部驱动间集中安装驱动滚筒、增面滚筒、改向滚筒共计5个,最尾端改向滚筒固定在可移动小车上,张紧装置为配重块并与小车连结。尾部皮带曾发生堆煤方向转动,皮带不偏,取煤方向转动跑偏,造成皮带边缘严重刮蹭损坏。此跑偏现象,曾从皮带接头、机架托辊安装等各方面分别进行分析排查,也采取过一些措施。如调整个别滚筒水平度、调整配重箱两侧重量、加设双向调偏托辊等,但都收效甚微。根据皮带跑偏范围发生在尾部这一特点,将研究重点放在尾部小车上。通过观察发现(见图10),堆取煤作业切换时,皮带牵动小车在固定轨道上行走一段距离。当停在堆煤作业位置时,小车四角车轮距与轨道距离相等,当停在取煤作业位置时,四角车轮距轨道距离产生了偏差,排除轨道安装无问题,判明是小车发生了扭转,从而带动改向滚筒扭转,并与机架轴线不垂直,最终导致皮带跑偏。对策如