带式输送机自动调心托辊的优化设计探析

吕 超

（晋能控股煤业集团马脊梁矿， 山西 大同 037001）

1 调心托辊研究

在一般状况下，多种原因导致了输送带（或胶带）有跑偏问题产生，如不当安装、制造、设计等，而且若输送带有跑偏问题出现就会造成不少的不良结果，比方说磨损胶带、洒料等，若在严重点就会对人身安全产生非常大的影响，所以，在设计输送机的规范中就要求把调心托辊进行安装（又称作胶带纠偏装置）。

现在，调心托辊被安装在一般输送机中，而且其调心托辊绝大部分是为TD75 型带式输送机系列的符合规范的产品，图1 就是TD75 型带式输送机系列调心托辊图。从图中可以看出，立辊与托辊辊子被设置到了槽形梁中，而且相应的数量与位置分别是立辊的数量是2 个，其位置是位于左、右两侧，托辊辊子的数量是3 个而且这3 个托辊辊子是相互平行的，托辊辊子和立辊两者的轴线在没有在相同的平面中，偏心距中的其中一个，旋转机构把主梁与槽形梁连接在一起，旋转机构和托辊两者的轴线是在相同的平面中，以旋转机构轴线为中心，槽形梁能够围绕这一中心相较于主梁旋转。此种对调心托辊进行纠偏的工作原理为[1-2]：在有跑偏情况出现在输送带中时，比如说向左侧偏（如下页图2 所示），左侧的立辊就会和输送带有碰撞发生，并给向左侧的一个力F1施加到立辊，因为偏心距e 存在于旋转中心与立辊中，所以，F1会围绕旋转中心产生偏转力矩（F1e），而且其力矩（F1e）会把槽形梁沿着顺时针方向旋转成一个必然的角度α。

图1 TD75 型带式输送机系列调心托辊

按照速度合成的基本原理，在偏转以后，胶带顺着辊子轴线所在的方向所具有的相对速度Vr与辊子所具有的线速度Ve（或牵引速度）的矢量和就等于胶带所具有的绝对速度V。就是在槽形梁发生偏转之后，辊子和胶带两者之间就有与辊子轴线方向相同的的相对运动产生。而且胶带与辊子有相对运动，所以一定有摩擦力F 产生，辊子会与胶带产生摩擦力F，而且摩擦力和相对运动两者的方向是相反的。对F 力进行分解，分别是Fj、Fz，Fj代表为纠偏力，是垂直于运行胶带的方向并对着输送机中心线的力，Fz代表为附加阻力，是相反于胶带运行方向的力，Fj可以胶带从跑偏的带到正确位置[3-4]。

2 改进TD75 型带式输送机系列的调心托辊

2.1 存在的不足

1）滑动轴承被旋转机构所应用，由于工作环境比较恶劣导致滑动轴承不能灵活转动，几乎无法使自动纠偏得以实现；

2）因为辊子和旋转机构两者的轴线在相同的平面中，辊子与胶带两者会有摩擦力F 产生，而且摩擦力F 一直相交于旋转机构的轴线，在下页图2 中能够得知，在槽形梁发生偏转以后，尽管胶带现在所处的是正确位置（就会使F1消失），可是槽形梁依然维持着偏转的状况，无法自动回到其正确位置。唯有待胶带向右侧偏并撞击右立辊以后，才能使槽形梁进行逆时针转动，所以，当调心托辊在运行过程中，槽形梁可以维持稳定的位置有两个，分别是逆时针转动、顺时针旋转，无法进行合时的纠偏；

图2 托辊受力分析图

3）在胶带碰击立辊时，两者为点接触，若带速比较高，较大的撞击力，极易将胶带损伤。

2.2 改进方案的实施

关于上述介绍的该调心托辊结构上不足，新型的自动调心托辊被研制出来，新型的自动调心托辊的安装方法、外形和TD75 型调心托辊大致一样，可是对以下结构做出非常大的改进，如立辊、槽形梁、旋转机构等。如图3 所示。

图3 新型调心托辊

在纠偏原理方面，两者的是一样的，新型调心托辊相较于TD75 型调心托辊有所改进的方面为[5]：

1）旋转机构的轴线和托辊辊子的轴线不在相同的平面中，从图4 中可以看出，在胶带偏向左侧时，胶带就会碰击到左立辊，并产生碰撞力F1，并且碰撞力F1会作用到托辊辊子，使其顺时针转动，进而有角度产生，就会推动胶带尽快处在正确位置，若胶带已经处在正确位置，立辊就会和胶带脱离，所以F1就会消失，辊子由于胶带所产生的摩擦力F 会围绕着旋转中心产生力矩（Fel），而且力矩（Fel）可以把槽形梁回到运输机中心线，就不会有偏转发生在槽形梁中；

图4 新型调心托辊受力分析图

2）组合结构被旋转机构所应用，组合结构包括滚动推力轴承与滚动球轴承，其组合不仅能够灵活转动，而且还安装了密封装置，能够保证旋转机构可以在工况十分恶劣时运行的可靠性[6]；

3）特殊立辊的使用，特殊立辊的表面是双曲线，平行于胶带侧面的平面就是立辊轴线所在的位置，而且其偏转的方向与反向于胶带运行的方向成30°，立辊和胶带有碰撞发生时，其碰撞点将不再为前者的点接触了，并且其前者是一般圆柱的表面，却是图5 中一样的长线，使接触面积增加，使碰撞压强减小，防止胶带被损伤。

图5 立辊与胶带接触受力示意图

3 结语

新型调心托辊相较于TD75 型调心托辊有所改进，解决了原带式输送机调心托辊如安装、制造、设计不当在运行过程中造成的磨损胶带、洒料等问题，其适应性强，性能可靠，使用便捷，免维护，实现了输送机自动纠偏，保证了输送设备在恶劣工况下仍能正常运行。该托辊在煤矿中得到了广泛应用，取得了良好的经济及社会效益。