長距離帶式輸送機托輥結構設計及間距設計

郭孟濤

（晉煤集團金鼎煤機礦業有限責任公司， 山西 晉城 048006）

引言

帶式輸送機在工作期間通常保持連續運行狀態，被廣泛應用于眾多工業領域，可以高效輸送大量的散狀物料，包括塊形礦石、煤與細砂等，還可以傳輸成件物品[1-3]。安裝帶式輸送機時，需要對巷道拐點進行處理，因此較易發生撒料以及產生安全隱患。為克服上述問題需要根據各弧段達到的最小曲率半徑，處理弧段中的所有中間架，由此實現對膠帶的平穩控制，同時簡化安裝過程，提高制造效率[4-5]。帶式輸送機已經成為當前煤礦行業最優傳輸設備，具備傳輸距離大、單次大量運輸、可靠性高、自動控制的優勢，這使得需要達到很高生產運輸效率的煤礦系統普遍使用帶式輸送機來作為傳輸裝置，并使帶式輸送機不斷朝著機電一體化的方向發展，集成度持續提高。特別是近些年以來，運輸距離與載荷都持續提高，因而開發出了具備更高運行效率的帶式輸送機，并被廣泛用于礦山開采領域的物料運輸、露天開采場等方面[6-8]。

1 托輥結構設計

在常規帶式輸送機的組成結構中，托輥占到了35%左右的重量比，其成本也占到了整體成本的近30%，能夠對輸送膠帶發揮良好的支撐作用，確保輸送膠帶始終保持垂度狀態，有效降低運行阻力，實現整機平穩運行的目標。考慮到帶式傳輸機需要設置較多的托輥數，這使得托輥的品質和性能對帶式輸送機運行成本與可靠性都會產生明顯影響。從圖1中可以看到托輥的具體結構。

2 托輥間距設計

現階段，帶式傳輸機的托輥距離可以經驗數據得到，在長度方向上設置相同的托輥間距。采用這種方式可以極大地降低設計與加工難度，不過對于實際應用來說，還無法根據經驗數據獲得全部托輥間距，甚至設計形成的帶式輸送機不能滿足正常運行要求。針對上述問題，需結合帶式輸送機的實際運行條件來優化托輥間距。

圖1 托輥內部結構示意圖

2.1 計算承載托輥間距

為有效降低系統運行過程中產生的阻力，需通過托輥使輸送帶處于合適的垂度范圍內。本文通過對各部位張力分別進行計算的方式來確定托輥的合適間距，得到如圖2 所示的結果。

圖2 相鄰托輥間輸送帶受力圖

根據式（1）來計算得到承載段的張力：

式中：Smin為重段輸送帶最小張力，N；q為輸送帶線載荷，N/m；L為托輥距離，m；qd為輸送帶質量線密度，N/m；ymax為輸送帶下垂度最大值，m；β 為輸送機傾角。

對式（1）進行簡化可以得到：

進行實際設計時，當輸送機各項運行參數都已知時，再利用“逐點計算法”得到帶式輸送機在承載段產生的最低張力。之后利用式（2）計算得到承載托輥支間的距離，獲得理論計算的最大值。進行實際處理的過程中，還需對其他多種因素進行綜合分析，由此得到承載托輥的最優間距。

2.2 分析托輥間距

2.2.1 物料特性對承載托輥間距的影響

進行實際工程應用時，需要根據輸送物料特性來靜思園托輥的間距。通常可以將物料分成塊狀與松散顆粒兩種類型，由于成塊物料的塊度和輸送帶的寬度B之間存在一定關系，可將其設置為0.3～0.5B，當塊度滿足設計要求并且其重量超過25 kg/塊的時候，需將承載托輥的間距控制在運輸長度的1/2 以內，當輸送塊度滿足要求而重量未超過25 kg/塊時，應將承載托輥的間距設定在1 m。根據式（2）可以得到，對松散物料進行輸送的過程中，托輥間距需要根據物料分布密度q進行計算，當q增大后，會引起托輥間距逐漸變小。

2.2.2 托輥間距與輸送帶性質的關系

由于托輥間距和輸送帶質量線密度qd之間屬于反比關系，當輸送帶寬度較大時，應選擇較小的間距。同時考慮到最小張力始終處于變化的狀態，并不能將其作為托輥間距的關鍵影響因素。

2.2.3 帶式傳輸機傾角與托輥間距的關系

通過分析式（2）可知，當輸送機形成更大的向上傾角時，需設置更大的托輥間距。圖1 顯示當托輥間距與下垂度保持恒定時，如果提高，需要形成更大的輸送帶懸垂角。為確保處于物料與輸送帶之間動摩擦角范圍內，應降低輸送帶下垂度與托輥間距。表現為隨著向上運輸傾角的提高，托輥間距也不斷變小。

2.3 計算空載段托輥間距

帶式輸送機通過摩擦力實現傳動過程，并利用下托輥來實現滾動支撐，根據以下公式進行計算:

式中：S'min為回空段的輸送帶最低張力，為1.06 N；L'為托輥間距，m。

把各參數代入后得到：

根據式（4）可知：隨著傳輸帶的質量增大，需減小下托輥的間距；當輸送傾角提高后，需要適當降低回空段的托輥間距。這樣可避免輸送帶回空段部分的下垂度處于限定范圍之內，同時確保回空段的輸送帶具備一定的張力。

3 結語

采用設置相同的托輥間距方式可以極大地降低設計與加工難度，但無法根據經驗數據獲得全部托輥間距，甚至設計形成的帶式輸送機有可能不能滿足正常運行要求。本文的設計研究，僅僅對提高托輥的布局奠定一定的理論基礎。