管式输送机扭转故障原因分析*

梁睿

(莱芜钢铁集团有限公司，山东莱芜 271104)

0 引言

管式输送机是日本普利司通公司从1964年开始研制，在普通槽形带式输送机的基础上发展起来的一种新机型［1］。管式输送机可广泛应用于各种物料的连续输送，输送物料被包裹在管状胶带内输送，因此不会受刮风、下雨等外部环境的影响，避免了物料撒落、飞扬而污染环境，也避免了外部环境对物料的污染。莱钢集团公司有4条管式输送机，于2004～2006年投入使用，管径均为300 mm，头尾平面直线距离分别为3.7 km、3.0 km、1.7 km、1.5 km［2］，其中有3条为焦炭输送机，1条为烧结混匀料输送机。输焦1#管式输送机于2004年6月建成投产，是当年国内最长的圆管带式输焦机。

管式输送机在运行过程中，由于多边形托辊组机架变形;输送带弯曲段内、外侧弯曲阻力不同;输送带上物料加载点不对中等多种原因易造成输送带扭转、跑偏故障。体现为输送带搭接位置由正上方偏转到两侧甚至下方，造成输送带和托辊的异常磨损、物料撒落、甚至输送带翻转，导致较大的设备故障，其经济损失小则数十万，大则几百万。莱钢1.7 km输送烧结混匀料的管式输送机在2012年初，由于输送带跑偏，造成输送带撕边、输送带扭转、输送带在机头、机尾滚筒处翻转重叠等一系列故障，严重影响了生产原料的供应，故障期间增加了几十万元的物料倒运费，最终更换了整条输送带，损耗资金约500万元。

1 原因分析

对管式输送机扭转原因分析，主要是对输送带受到的力进行分析，绝大部分来自于主要阻力。包括与托辊接触产生的磨擦阻力，输送带的压陷阻力［3］，托辊安装误差所产生的阻力等。输送带受到的阻力与以下因素有关:①输送带张力、弯曲刚度、横向刚度;②托辊间距、输送带管径;③输送机带速、输送带与物料的摩擦角、物料安息角;④输送机的提升角度、弯转角度。

1.1 空载时的扭转原因分析

如图1，由管式输送机的运行状态可看出，当输送带承载75%左右物料时，包裹着物料的输送带重心位置基本与输送带圈成的圆心重合或位于下部位置与圆心距离较小，但当输送带空载时，由于上部输送带搭接，所以输送带的重心位于上半部分，处于相对不稳定的状态，一旦6个托辊中的某个托辊出现细微的偏差，出现了跑偏力，其较长的力矩臂也易造成输送带扭转。

图1 输送带空载和重载重心示意图

1.2 托辊安装偏差出现扭转的原因分析

以图2(a)中托辊2为例，当托辊安装发生偏移时，如图2(b)所示，输送带受到的摩擦力F可分解为驱动托辊转动的力Ft和沿带宽方向的力Fx。其中力Fx是在托辊处使输送带发生扭转的跑偏力。

图2 托辊处输送带的力学分析示意图

1.3 托辊粘料和磨损导致扭转的原因分析

托辊磨损变形或黏上了输送带反面的物料导致托辊直径发生变化也易造成扭转力的出现。在管式输送机运行过程中，如果清扫器不能将输送带上的物料清扫干净，即可造成物料粘结在托辊上，使托辊形成锥形凸凹形状，输送带受到侧向水平分力的作用，使输送带产生跑偏。如图3，托辊表面粘结成不规则的曲面，在某处曲面上胶带受法向力N的作用，法向力N可分解为沿轴线方向的水平分力N1和与轴线垂直的分力N2，其中侧向水平力N1就是产生跑偏的动力。

图3 胶带受侧向水平力示意图

1.4 在曲线段的扭转原因分析

对管式输送机弯曲阻力进行推导和理论分析，可看出输送机弯曲处内侧和外侧输送带的弯曲阻力不相同，外侧输送带受到拉应力，内侧输送带受到压应力，当弯转曲率半径不够大时，内侧输送带受到托辊的弯曲成形力和正压力的合力，将大于外侧输送带拉应力和成形力的合力［4］，由此造成管式输送机两侧托辊对输送带作用力不平衡，使输送带有了向内侧扭转的趋势。

1.5 加料点偏移造成的跑偏原因分析

如图4所示，当管式输送机机尾加料溜槽的落料点偏移输送带的中心点时，输送带包裹着物料经托辊挤压成圆管型后，物料的堆积截面将不能保持对称的三角形，这将导致一侧的侧压力大于另一侧的，从而形成扭矩，导致输送带扭转。

图4 落料点偏移时物料的堆积示意图

由图4可看出，由于落料点偏移，圆管输送带内物料的堆积截面发生了较大变化，并可造成托辊6的侧压力变为0，对这种情况受力分析可知:

所以托辊3、4的侧压力和重力形成的扭矩M将使输送带有了逆时针扭转的趋势，当物料堆积截面与图4相反时，即托辊1和6受到较大的侧压力和重力，则输送带有顺时针扭转的趋势。

2.6 引起扭转的其他原因分析

(1)输送带在加料点对物料加速引起的阻力和物料与输送带间的摩擦力。物料在加载输送带上之前，无论在速度、方向和大小都与输送带的不同，物料在输送带上的投影速度，一般都小于输送带速度。因此，输送带必须对新加载物料进行加速，使物料和输送带一起运行。由于速度的差别，两者之间就出现了相对摩擦。当摩擦力偏向一侧时，将导致加料点的输送带向一侧跑偏，从而导致过渡段的输送带扭转。

(2)如果机尾加料处的导料板安装位置不合适，即过低或安装位置过近，这将导致物料在过渡区域内与两侧导料板之间的摩擦阻力增加。当物料对两侧导料板的阻力不同时，即两侧导料板对物料的反作用力一大一小，则根据分析输送带将向作用力大的一侧跑偏，运转到过渡段时将导致输送带扭转。

(3)清扫器摩擦阻力的变化，清扫器以一定的压力压在输送带上，当清扫器磨损后可导致清扫器与输送带摩擦阻力在输送带两侧发生变化，从而导致输送带扭转。

3 结语

通过对管式输送机输送带扭转原因的分析，明确了几种导致输送带扭转故障的触发条件，从而在管式输送机的实际生产运行中，可制定相应的整改、预防措施，避免输送带扭转故障的发生。

［1］ 张 钺.新型圆管带式输送机设计手册［M］.北京:化学冶金工业出版社，2006.

［2］ 解培林.新技术在管式胶带输送机系统的应用［J］.燃料与化工，2008(9):21－22.

［3］ 韩刚华，王 鹰，韩 刚.圆管带式输送机托辊组压陷阻力的理论分析［J］.起重运输机械，2002(10):4－6.

［4］ 官 燃，孟文俊，王 鹰.圆管带式输送机楔形阻力的理论分析［D］.大连:中国机械工程学会，2004.