带式转载机机架的设计分析

马希青，李 杨，刘丹丹，陈明辉

（河北工程大学 机电工程学院，河北 邯郸 056038）

0 引言

带式转载机是与掘进机，带式输送机，车辆配套使用的一种运输机械。掘进机和带式输送机通过联接架联接在一起，掘进机通过回转机构机将割离的物料运到带式输送机上，带式输送机又物料运到了转载系统，最后通过小车将物料运走，达到了转载的目的[1]。带式转载机在煤炭行业是不可缺少的运输机械，为确保煤炭能够迅速、连续、多量的转载与运输提供了保障。①转载机与其他运输机械相比仅有胶带、托辊、滚筒、驱动装置等几大部件、维修容易；②需要经常维修的主要是托辊。胶带使用寿命长，磨损小，更换方便快捷；③运输量大、动力消耗小。被输送物料和胶带之间没有相对运动，运动只需克服托辊与胶带之间的摩擦阻力，摩擦损耗小，与其他运输机械相比，在同样运量下，动力消耗小。同时，由于是连续运动，故运输量大，能够适应不同坡度的连续运输工况。同时，还易于实行集中遥控，自动保护；④运费低廉。由于动力消耗小，运量大，用的管理人员少，单位运费就比较便宜。

该转载机主要是用于露天煤场及露天工况下对于物料的运输和转载，当转载机的机架在满负载状况下的时候，受自身机架的重力，物料的重力以及拉索对机架的拉力作用。为了保证在工作时转载机机架所受的力以及变形最小，需要确定拉索在机架上的最佳位置。通过确定带式转载机拉索合理的吊点位置，从而达到带式转载机机架的受力，挠度合理，整机性能良好。

1 带式转载机架主要参数的确定

已知带式转载机的带宽B 为1000mm；输送量为600t/h，输送物料为煤块；选用电机型号为Y180M-2；机架采用材料为Q235 的（80×60×5）mm 槽钢。机架自重P 为34259.232N。带式转载机的带速为：

式中： Q—输送量，取600t/h；B—输送带带宽，取1m；k—断面系数，k 与物料的动堆积角ρ 及带宽B 有关，取k=400；γ—物料容量，取γ=1.3t/m3；c—倾角系数，取c=0.92；ξ—速度系数，取ξ=0.96。故：

物料的单位长度重力为：

式中： G—单位长度运送物料质量（N/m）；Q—输送量，取600t/h；υ—带速，取2.1m/s。

故单位长度运送物料质量为：

转载机机架的静载受力为：

式中： F—转载机机架的静载荷（N）；L—转载机机架的长度（m）；P—转载机机架的重力载荷（kg）。

故转载机机架的静载荷为：

F=LG+P=16×778+34259.232=46707.232N

2 拉索位置的确定

带式转载机工作时物料沿纵向是均匀分布的，所以将带式转载机机架的结构力学模型简化为受均布载荷q的悬臂梁[3]。机架受到自身重力，支座反力Foy，Fox拉索的拉力F1，电机的压力即电机的自重G，将物料压力和梁的自重的力看作一个均布载荷q，然后以梁的左端支座处为o 点建立平面直角坐标系xoy 如图1（a）所示。

图1 机架受力分析图

对梁受力分析如图1（a）所示，其平衡方程：

由上式整理得：

由图1（b）得OA 段的弯矩为：

机架所承受的重量以及应力变化受拉索吊点位置的影响。为了使拉索就与机架达到了合理的配置，就应该确切的得到拉索的位置。通过理论分析计算，过程十分繁琐，为了快速准确的得到结果，可以借助于Matlab 软件。设变量为x，建立目标函数为:

首先编写目标函数的M 文件fmincono.m，返回x 处的函数值f。

Function f=myfun (x)；

f= (G+q.*L-L.*G+0.5.*q.*L.^2) .*x1./x-0.5.*q.* (x1.^2)；

然后设置线性约束的系数:

A= [1,0;-1,0;-1,1] ;

b= [16;-8;0]；

x0= [0;8]；

lb= [8,0]；

Ub= [16,x2]；

[x,fval] =fmincon (@fmincono,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options)

在Matlab 中运行后得到结果x=9，fval=9.5286e+004，所以当拉索吊点在图1 所示x=9 时，得到弯矩的最小值95286N·m。

3 机架的校核

由拉索位置受力分析可得，在拉索的吊点（即机架的A-A 截面）处的弯矩值最小，此截面为梁的危险截面。以该截面为y 轴建立平面直角坐标系，对该截面受力分析如图2 所示：

对截面右侧进行分析，平衡方程如下：

根据方程（9）、（10）、（11）解方程组得：

F2=-79002.06N，F3=81962.27N，F4=318.28N

因为F3最大，此杆最先受到破坏，为梁的危险杆。承受的应力为：

图2 危险截面的受力分析图

图3 矩形截面示意图

已知所选钢Q235 的许用应力为[4]，σ<[σ]。所以，此梁强度符合要求。

4 结论

（1）通过理论分析和借助于Matlab 软件编程的方法可以方便快速的得到了单根拉索在转载机架上的合理吊点位置。

（2）从分析可知当单拉索吊点位置在x=9 的位置的时候，所受应力与强度最小，从而使机架重量最轻。

[1] 温建刚.大跨距带式转载机中间架截面的优选分析[J].煤炭工程，2010，1.

[2] 梁庚煌.运输机械设计手册[M].化学工业出版社，1983.

[3] 杨艳霞.大运量长运距带式输送机自移机尾基架主梁的设计[J].煤矿机械，2006.

[4] 闻邦椿.机械设计手册（第五版）[M].机械工业出版社，2010.