帶式輸送機(jī)下平行增強(qiáng)托輥支架結(jié)構(gòu)改進(jìn)分析

李文軍

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)太原有限公司， 山西 太原 030000）

引言

帶式輸送機(jī)屬于煤炭運(yùn)輸常用設(shè)備，利用上皮帶運(yùn)行時(shí)對(duì)物料的摩擦力運(yùn)輸物料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離運(yùn)輸，方便上料和卸料。輸送帶由上托輥組和下托輥組支撐，托輥與皮帶之間屬于滾動(dòng)摩擦，可有效保證皮帶的使用壽命。下托輥組主要支撐回程皮帶，托輥間距要滿足皮帶垂度要求。如果下托輥架強(qiáng)度不足或結(jié)構(gòu)形式不合理，會(huì)引發(fā)一系列問題。因此，設(shè)計(jì)時(shí)下托輥支架的強(qiáng)度及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式也是需要重視的問題[1]。

1 下平行增強(qiáng)托輥支架存在的問題

現(xiàn)場(chǎng)使用的皮帶機(jī)下平行增強(qiáng)托輥支架橫梁與托輥之間的距離太小，容易積煤，積煤的存在會(huì)嚴(yán)重磨損下托輥棍殼，降低托輥使用壽命，冬季氣溫降到零度以下時(shí)積煤結(jié)冰，下托輥回轉(zhuǎn)阻力增大，發(fā)熱嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致托輥卡死或托輥斷裂。破損后的托輥如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)割傷輸送帶，造成輸送帶突然撕裂發(fā)生重大安全事故，引起嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。為了提高下托輥的使用壽命，提高皮帶運(yùn)行時(shí)的安全性，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用的下平行增強(qiáng)托輥支架進(jìn)行改造設(shè)計(jì)[2]。

2 下平行增強(qiáng)托輥支架改造設(shè)計(jì)

針對(duì)上述下平行增強(qiáng)托輥架積煤的問題，對(duì)下托輥架進(jìn)行兩方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，一方面是盡量減少煤塵在下托輥支架橫梁上的堆積，盡量選用不滿足煤粉堆積的型材，降低積煤概率。另一方面增加下托輥支架橫梁與托輥外表面之間的距離，避免由于濕度的影響造成積煤磨損下托輥，間隙的增大也有利于檢修人員清理。

相同物料靜休止角大于動(dòng)休止角，由于港口運(yùn)煤時(shí)皮帶上泥煤最難清除干凈，加上泥煤的動(dòng)安息角為40°，靜安息角為45°，容易產(chǎn)生堆積。為了避免泥煤的的堆積，初步選用100×100×10的角鋼作為橫梁替換原來(lái)的100×6方管。同時(shí)將橫梁下移，使橫梁與托輥外表面之間的距離由30.5 mm增加94.0 mm，角鋼的兩邊與豎直面呈45°放置[3]。

2.1 回程托輥靜載計(jì)算

根據(jù)帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，回程托輥靜載Pu計(jì)算公式為：

式中：e為輥?zhàn)虞d荷系數(shù)，與托輥形式有關(guān)，兩節(jié)棍取0.63；g為重力加速度，取9.8 N/kg；qB為每米長(zhǎng)輸送帶質(zhì)量，取72 kg/m；au為回程分支托輥間距，取3 m。將數(shù)值帶入式（1）可得回程分支托輥靜載荷Pu=1 333.6 N。

2.2 回程分支托輥動(dòng)載計(jì)算

式中：fs為運(yùn)行系數(shù)，fa為工況系數(shù)，該輸送機(jī)每天運(yùn)行10～12 h，查表可得，fs=1.1；fa=1。將數(shù)據(jù)帶入公式（2）中可得到回程分支托輥動(dòng)載荷Pu'=1 466.9 N。

2.3 托輥架橫梁彎曲應(yīng)力計(jì)算

由托輥組的結(jié)構(gòu)形式可知，每個(gè)托輥架含有兩件托輥，托輥架通過兩端連接座安裝在皮帶機(jī)中間架上。托輥架上一共4個(gè)受力點(diǎn)，每個(gè)受力點(diǎn)壓力近似相等，單個(gè)受力點(diǎn)受到的壓力F=Pu'/4=366.7 N。由于托輥架上外側(cè)支撐點(diǎn)靠近皮帶機(jī)中間架，可認(rèn)為外側(cè)兩受力點(diǎn)壓力對(duì)托輥架不產(chǎn)生彎矩作用，托輥架中間兩支撐點(diǎn)下方懸空，對(duì)托輥架橫梁產(chǎn)生彎矩作用。下托輥架的兩端與皮帶機(jī)中間架之間是螺栓連接，屬于超靜定結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，把托輥架看作簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算，一段看作固定鉸支座，另一端看作是滑動(dòng)鉸支座，這樣產(chǎn)生的彎矩比實(shí)際值要大，得到的應(yīng)力值偏大，偏大的應(yīng)力值如果不超過許用應(yīng)力，可認(rèn)為優(yōu)化的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度符合要求[4]。式中：Mmax為托輥壓力產(chǎn)生的彎矩，N·m；F為托輥架支點(diǎn)處受到的壓力，N，F(xiàn)=366.7 N；a為中間支點(diǎn)到托輥架兩端連接座的距離，m。

根據(jù)托輥架幾何尺寸得到a=1.108 m，將數(shù)值帶入公式（3）得到托輥架橫梁受到的彎矩Mmax=406.3 N·m[5]。

由材料力學(xué)可知，材料的最大正應(yīng)力出現(xiàn)在承受彎矩最大的截面上，與中性軸的距離成正比，在距離中性軸最遠(yuǎn)處出現(xiàn)應(yīng)力最大值。相對(duì)于中性軸，一側(cè)材料被拉伸，一側(cè)材料被壓縮。根據(jù)彎曲應(yīng)力公式

式中：Iyo為截面慣性距，m4；ymax為在彎矩最大截面上離中性軸最遠(yuǎn)的距離，m。

角鋼下方材料被拉伸，上方材料被壓縮，由于選用的材料為Q235-A，屬于碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的塑形，因此抗壓性能良好。分析其強(qiáng)度時(shí)一般考察其最大拉應(yīng)力。經(jīng)查閱相關(guān)資料確定100×100×10角鋼 ymax=3.62×10-2m。Iyo=7.435×10-7m4，將數(shù)據(jù)帶入公式（4），得到橫梁下方材料受到的最大拉應(yīng)力σmax=19.8 MPa，下托輥架的受力波動(dòng)不大，可認(rèn)為受力恒定。一般取需用應(yīng)力值為215 MPa。因此，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度上符合使用要求。

3 使用效果分析

更改后的橫梁，有效降低了積煤的堆積，橫梁與托輥的間距也顯著增大，取得了良好的使用效果，主要表現(xiàn)在：

1）物料堆積角度的破壞及托輥下方間隙的加大有效避免了積煤對(duì)托輥的磨損，使下托輥使用壽命延長(zhǎng)2～3倍。節(jié)約大量托輥備件，降低托輥更換工時(shí)。一臺(tái)帶寬2 m的皮帶機(jī)可節(jié)省備件費(fèi)10多萬(wàn)元。

2）托輥下方間隙的增大，降低了工人清掃托輥架積煤的難度，同時(shí)可延長(zhǎng)清掃間隔時(shí)間，節(jié)約成本。

3）改進(jìn)后的下平行增強(qiáng)托輥架結(jié)構(gòu)合理，維護(hù)方便，有效避免煤料的堆積，延長(zhǎng)了托輥的使用壽命，降低了運(yùn)行成本。