隧道掘进机后配套皮带机防跑偏设计

□黄圣玲□周 俊□李 威

1北方重工集团有限公司 隧道掘进装备分公司 沈阳 110141

2北方重工集团有限公司 热处理分公司 沈阳 110141

1 设计背景

目前，皮带机已成为我国隧道掘进机运输系统的主要运输设备。皮带机具有输送量大、效率高、能源消耗少、运行费用低、可大倾角运输、工作平稳可靠、噪声小、结构简单、布置形式灵活等优势[1]，对物料的适应性强，可以用于输送黏土、砂砾、岩石等物料。

皮带机运行中，如果皮带的中心线与皮带机的中心线偏离较大，即产生皮带跑偏。皮带跑偏在物料输送过程中经常发生，是造成皮带撒料、边缘磨损和撕裂的主要原因。由于皮带的价格较贵，因此皮带跑偏不但影响安全生产，而且还会缩短皮带的使用寿命，造成经济损失[2]。另外，后配套皮带机是隧道掘进机施工中输料系统的关键设备，它的安全、稳定运行直接影响到隧道掘进机的掘进速度，即直接影响施工工期。皮带跑偏是后配套皮带机最常见的故障，因此，对皮带跑偏进行及时、准确处理是后配套皮带机安全稳定运行的重要保障[3]。

2 皮带跑偏主要因素

根据现场使用经验，皮带机的生产制造质量、安装精度、布置形式、结构形式、现场维护等方面存在问题，是造成皮带跑偏的主要因素，具体包括：①驱动滚筒和改向滚筒外圆的圆柱度制造误差较大；②机架的刚度差，产生较大变形；③单侧托辊的轴承转动不灵活，或托辊上沾有较多脏杂物；④设计时未采用调偏装置或调偏装置运转不灵活；⑤硫化皮带时两边搭界处不平直，或两边中心线不重合；⑥或皮带老化变形，边缘磨损严重；⑦驱动滚筒与改向滚筒的中心线不平行；⑧驱动滚筒或改向滚筒的中心线与机架中心线不垂直；⑨给料位置不合理或清扫器的安装位置有误差[4]。

造成皮带跑偏的因素有很多，但最终原因都是皮带在运动过程中受力不平衡，形成了垂直于带速方向的水平分速度。

隧道掘进机由于后配套拖车上需要布置其它设备，导致后配套皮带机布置空间较小，布置形式受限。笔者设计的后配套皮带机额定有600 m的转弯半径，且在实际掘进过程中还需要有500 m的最小转弯半径，这些不利因素使后配套皮带机更容易产生皮带跑偏。皮带机布置形式如图1所示。

图1 皮带机布置形式

3 皮带机防跑偏设计改进

3.1 传统方法

基于以上分析，传统上主要通过设置托辊来对后配套皮带机进行防跑偏控制。

在设计皮带机时，选用适当的上、下托辊可有效起到防偏和纠偏的作用。目前皮带承载段常用的调偏托辊有自动调心托辊、前倾托辊、锥形上调心托辊、摩擦上调心托辊等，其中以自动调心托辊、前倾托辊使用最多。用于皮带空载段的调偏托辊有下平行自动调心托辊、V形前倾托辊、平行梳型托辊等。各种托辊的工作原理不同，纠偏效果也不一样，设计人员需要根据具体设计条件和实际使用需要，选择相应的托辊，以取得良好的防跑偏效果。

结合传统方法和盾构机后配套皮带机现场使用经验，笔者进行了改进设计，从而大大改善了皮带跑偏的状况。

3.2 浮动支撑

每段架体安装两处调节螺杆，浮动支撑主要由螺杆、旋转轴和支撑架等组成，如图2所示。

由图2可见，可以通过调节螺杆的长度来调节架体的倾斜度，从而大幅调整架体倾斜角度，以改善皮带跑偏。在后配套皮带机布置时有600 m的转弯半径，在安装后配套皮带机时需要通过调节浮动支撑，将架体调整到一定角度，以防止皮带跑偏。在实际输送物料过程中，需要根据实际情况纠偏，如果皮带向左边跑偏，就需要调长螺杆的中间段长度，使架体向右偏转。反之同理。

图2 浮动支撑示意图

同时，下托辊采用V形托辊的形式，相对于常用的平行下托辊，能有效阻止皮带向一边偏移。

3.3 挡辊

每段架体的两端各布置两对上挡辊和下挡辊，如果皮带运行时向一边跑偏，挡辊向皮带施加一个反方向作用力，使皮带强行复位。与此同时，由于挡辊与皮带边缘的摩擦作用，降低了皮带跑偏侧的线速度，相对提高了皮带另一侧的线速度，使皮带逐渐向另一侧移动，直至复位[5]。

3.4 滚筒

从滚筒的形状方面考虑，为了减少皮带跑偏现象，皮带机的滚筒制造成中间大两头小的双锥形，锥度一般为1∶100[6]。采用此种结构，可以在一定程度上减少皮带跑偏现象。

另外，滚筒的中心线安装位置必须垂直于皮带机长度方向的中心线，否则易造成皮带两侧张力不等，影响皮带运行。若偏斜过大，则必然引发跑偏。在设计改进中，滚筒两侧均增加了丝杠调节，如图3所示。

图3 滚筒改进示意图

采用改进后的滚筒，皮带运行时不论空载、重载都向一侧跑偏，则可以反复调整滚筒两端的丝杠长度，直至将皮带调整到理想位置。滚筒调整是皮带跑偏调整的重要环节[7]，若皮带向滚筒的右侧跑偏，则右侧的轴承座应当向后移动；若皮带向滚筒的左侧跑偏，则左侧的轴承座应当向后移动；也可相应地将左侧或右侧轴承座前移[8-9]，经过反复调整直至皮带回到较理想位置。

3.5 跑偏开关

每台皮带机的皮带架上根据皮带长短，对称安装不同数量的两级皮带跑偏开关。一级10°轻度跑偏时，系统报警。二级18°重度跑偏时，系统停机。由于隧道掘进机在掘进过程中不断地变化转弯半径，再加上其它因素的影响，导致皮带的运行状况不断变化。安装跑偏开关后，可有效检测皮带是否跑偏。如果报警，就需要检查皮带运行情况，确认影响皮带的不良因素，这样能有效预防撒料及皮带磨损等严重情况[10]。如果重度跑偏，系统停机，能有效预防安全事故和防止皮带损伤。

4 结论

解决隧道掘进机后配套皮带机跑偏问题，具有十分重要的现实意义，不仅可以延长皮带的使用寿命，而且可有效防止皮带机运转过程中发生撒料及安全事故，从而提高隧道掘进机的掘进速度。笔者在实际应用中总结经验，通过增加浮动支撑和挡辊、改进滚筒及增加跑偏开关等改进设计，取得了良好的皮带机防跑偏效果。

[1] 曹建文，杨晓璞，孟国营.带式输送机液压绞车动态张紧装置的设计与研究[J].矿山机械，2005，33（6）：60-61，65.

[2] 左金荣，张铜钢，朱满平.调整皮带机胶带跑偏的方法[J].江西煤炭科技，2006（1）：42-43.

[3] 刘文亮，张晓伟，董秋艳.连续皮带机胶带跑偏原因与力学分析[J].水利水电技术，2006，37（3）：26-27.

[4] 柳海军，栾海鸿，林娟.关于皮带自动纠偏机的研究[J].煤质技术，2005（1）：57-58.

[5] 张曙灵.运输皮带机胶带的调偏方法[J].木材加工机械，2006（1）：46-47.

[6] 马洪举.皮带输送机跑偏问题的几种解决措施[J].煤炭技术，2005，24（9）：19.

[7] 赵振伟，姜印山，余涛，等.皮带运输机常见故障的分析及处理[J].林业机械与木工设备，2005，33（5）：46-47.

[8]李毅民.皮带机常见故障的分析与处理[J].港口装卸，2001（6）：20-22.

[9] 郝立生.皮带运输机常见故障与解决办法[J].金属世界，2005（3）：38-40，46.

[10]陈洪.PLC在皮带机输煤系统中的应用[J].攀枝花大学学报，1999，16（2）：79-83.