新型封闭桁架在圆管带式输送机上应用

张宏敏　王洋　靳雷

摘 要：对圆管形带式输送机桁架进行了设计优化，调整桁架主要参数，打破传统的封闭桁架结构。以管状机成管框架为主体，承受主要受荷载，走台栏杆框架代替外装支撑，只承受风载及活载。这种新型封闭桁架结构轻便，可应用于普通带式输送机桁架中，大幅度降低生产成本，提高企业中市场竞争力，在生产上减少工人劳动强度，行业应用前景十分广阔。

关键词：封闭 桁架 弦杆 载荷 圆管

中图分类号：TH22 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0037-03

随着现代化大型工业发展的要求，环保已成为当今世界范围高度重视的问题。散状物料输送系统在工作过程中产生粉尘和撤料，对环境的污染已经引起世界各国输送机械设计、制造、使用及行政管理等部门越来越多的关注。为了减少输送过程产生污染，提倡环保和无公害化输送散状物料。同时由于一些物料的特殊性能或输送环境影响，防止物料受潮变质，防止物料混入杂质，圆管形带式输送机被越来越多的应用。同时受地势条件的限制，胶带机往往需设置于地面以上的钢结构廊道内，钢结构廊道通常设计成封闭式结构，以避免对环境及皮带寿命造成影响。

经济的不断发展，能源的不断开发以及一些能源的不再生性，世界范围开始提倡节能减排。科学家不断探索新的能源，技术人员不断改进工艺，研发新型结构，提升设备性能，提高原材料利用率、降低产品材料成本的。

2014年我们进行输送氧化铝粉的圆管形带式输送机设计、生产，氧化铝粉粒度小，易吸湿潮解，印度尼西亚加里曼丹岛肯达旺甘镇属于多雨风大地区，年最大降雨量：3 087 mm，最大风速：24.5～28.4 m/s。确保非管状段物料不受雨淋或与雨水接触，回程管状输送带也不遭受雨淋，避免将造成物料成为废品。在设计桁架结构时，考虑以下几点：便于观察设备运行及维护；设备及人员防雨；风力和雨量的影响。这种全封闭桁架传统结构类似混凝土通廊的钢框架+彩光板外装，管带机在钢通廊中运行，桁架自身结构荷载较大。我们打破传统的封闭桁架结构，结合管状机的特点，以管状机成管框架为主体，封闭结构为辅框，设计新型桁架结构轻便，大大降低了设备成本。

1 新型封闭桁架结构的确定

由于项目地形高架及防雨要求，该次的主体形式设计成封闭桁架结构，桁架是胶带机通廊比较常见的一种结构形式，通常分为上翻桁架、下翻桁架。根据调整桁架主要参数，做成大跨度桁架，桁架结构与梁相比，节省材料，重量轻。桁架的外形主要根据其用途和受力情况而定，桁架的主要参数是指桁架的跨度、高度、节间数目、节间长度和重量。传统的封闭桁架采用上翻桁架结构形式（结构形式见图1），这种桁架结构上下弦杆截面常用H型钢或T型钢，封闭采用彩钢板外装板与C型钢骨架连接，桁架外框具有较大的钢度，能承受较大风载及载荷。但这种结构形式复杂，用钢量大，自身结构重量增加，材料利用率低。同时由于上翻结构外廓尺寸大，连接节点多，对运输和安装的成本相对增加。

该次结合圆管带式输送机特点，我们设计新型封闭结构（结构形式见图2）。

圆管带式输送机结构特点（见图3），托辊由前三后三形式，或同侧六边型布置，安装于框架面板上，框架面板之间上下通常用角钢连接，并有一定数量的斜杆组成，以保证其运行的稳定。可见为保证圆管机的成管，其本身就已经是一个宽度，高度上较小的桁架体。我们以本架体为依托，把通行的走台和外侧栏杆做出相应的调整，外侧栏杆由通常的圆钢管或角钢，改成减小壁厚的方钢管，并且直接连通到顶部，这样外装板的支撑骨架就形成了，图1结构中的外装板支撑骨架C型钢就节省掉了。同时由于底平面只承受检修及维护时人员通行及检修工具、备件的重力，侧面只承受风力载荷，顶平面及底面型材也由H型钢及双角钢平连面改成较小型号的槽钢就完全可以了；该结构形式结构简单，重量轻，大大降低了设备成本，同时便于运输与安装。

2 新型结构设计计算

2.1 确定桁架外廓尺寸

该项目输送量为400 t/h；物料堆积密度为1.0 t/m3；物料粒度为0～1 mm；带速为2 m/s。根据以上参数，确定圆管外径为Φ360 mm，托辊直径为Φ108 mm，托辊（面板框架）间距为1 600 mm，结合桁架主要参数，选择最优结构，最终确定内部桁架尺寸，长度为17.6 m（11组托辊），宽度为880 mm，高度为1 548 mm；外部框架考虑通行、维修空间，走台宽度大于为800 mm，最终总宽度为3 050 mm，总高度为2 400 mm。

2.2 载荷分布

托辊、托辊支架面板重量：141.4 kg/组×11组均布；

双侧走台钢格板及支撑角钢重：53.7×2 kg/m；

走台支撑重：28.34 kg/m；

外装板支撑：50.6 kg/m；

波纹压型板0.6 m：47.1 kg/m；

胶带重：23.5×2 kg/m；

物料重：55.56 kg/m；

电缆盒及支撑：15 kg/m；

风速：24.5～28.4 m/s。

2.3 计算结果

该项目我们通过目前国际上流行的较大型ANSYS有限元分析软件进行精确电算，ANSYS分析软件通过建立模块、分析计算模块、处理模块，对结构提供结构静力分析、动力分析，同时按照荷载及工况组合，分析不工况情况的各杆件受力，确保证构的安全可靠性，其中图4为该项目半封闭结构ANSYS有限元分析软件结果。具体型材分析结果如下。

2.3.1 新型桁架

内桁架（主桁架）立面：上下弦杆采用L100×100×10，立杆端头H150×150×7×10，立杆中部（托輥框架侧杆）采用L75×6，斜杆采用L75×6；上下平面：端头杆采用H150×150×7×10，中部杆（托辊框架上下杆）采用L75×6，斜杆采用L63×6。endprint

外框架底面（走台面）：直杆槽钢14a，走台铺板支撑L63×6，侧面外装支撑（也做栏杆）方钢管50×30×3，顶面外装支撑方钢管40×40×3。内外桁架总重约为6 654 kg。

2.3.2 传统上翻桁架

内桁架（管状机运行支撑）：托辊支撑四框均为L75×6，四框上下用L63×6聯接，斜杆L50×5。

外桁架体（主桁架）：上下弦杆采用H150×150×7×10，立杆采用H125×125×6.5×9，斜杆十75×6（端头）/十70×6；上下平面：平杆采用H125×125×6.5×9，斜杆十70×6；下平面H194×150×6×9，斜杆十70×6；外装支撑C型钢160×3。内外桁架总重约12 078 kg。

3 经济效益分析和应用前景展望

该项目受厂区地形地貌影响，全程高架，采用新型封闭（半封闭）结构桁架总计约420 t，与传统上翻封闭桁架相比，为我公司节约342 t钢材，直接经济效益153.9万元人民币。折合生产成本约230万元人民币。降低了运输成本并且安装调试过程中，由于新型封闭桁架结构紧凑，安装累计误差小，也方便了后期的调试工作；降低了资本的投入，节约了大量能源。

同时新型封闭桁架结构，完全应用于普通胶带机的封闭桁架结构，取代传统上翻结构封闭桁架。在以后的报价中对于全封闭结构（大跨度桁架除外）大幅度降低报价价格，提高报价中标率，在生产上减少工人劳动强度。

4 结语

综上分析新型结构桁架外廓尺寸减小，重量轻。在生产环节将可以减轻设备及人工成本，提高效率。运输过程吊装方便，少占用运输空间，装车和卸车时，吊装所用时间将大大缩短，设备安装时相对简便，安装累计误差小。在环保要求相对较高的电力、煤化工、钢铁、建材及长距离越野管带机等方面应用前景广阔，可以大力推广，符合国家倡导的“节能降耗，减污增效，保护环境，利国利民”的要求。

参考文献

[1] 张钺.新型圆管带式输送机设计手册[M].北京：化学工业出版社，2006：118-120，185-189.

[2] 徐克晋.金属结构[M].2版.北京：机械工业出版社，1992：173-188.

[3] 美国标准.Belt Conveyors for Bult Materials_CAMA SIXTH[S].The Conveyor Equipment Manufacurers Association，2005：277-279.endprint