带式输送机下平行增强托辊支架结构改进分析

2018-10-23李文军

机械管理开发 2018年10期

李文军

（山西煤炭运销集团太原有限公司，山西太原 030000）

引言

带式输送机属于煤炭运输常用设备，利用上皮带运行时对物料的摩擦力运输物料，结构简单，性能稳定，可实现长距离运输，方便上料和卸料。输送带由上托辊组和下托辊组支撑，托辊与皮带之间属于滚动摩擦，可有效保证皮带的使用寿命。下托辊组主要支撑回程皮带，托辊间距要满足皮带垂度要求。如果下托辊架强度不足或结构形式不合理，会引发一系列问题。因此，设计时下托辊支架的强度及机构结构形式也是需要重视的问题[1]。

1 下平行增强托辊支架存在的问题

现场使用的皮带机下平行增强托辊支架横梁与托辊之间的距离太小，容易积煤，积煤的存在会严重磨损下托辊棍壳，降低托辊使用寿命，冬季气温降到零度以下时积煤结冰，下托辊回转阻力增大，发热严重，甚至会导致托辊卡死或托辊断裂。破损后的托辊如果不能及时发现，会割伤输送带，造成输送带突然撕裂发生重大安全事故，引起严重经济损失。为了提高下托辊的使用寿命，提高皮带运行时的安全性，需要对现场使用的下平行增强托辊支架进行改造设计[2]。

2 下平行增强托辊支架改造设计

针对上述下平行增强托辊架积煤的问题，对下托辊架进行两方面的优化设计，一方面是尽量减少煤尘在下托辊支架横梁上的堆积，尽量选用不满足煤粉堆积的型材，降低积煤概率。另一方面增加下托辊支架横梁与托辊外表面之间的距离，避免由于湿度的影响造成积煤磨损下托辊，间隙的增大也有利于检修人员清理。

相同物料静休止角大于动休止角，由于港口运煤时皮带上泥煤最难清除干净，加上泥煤的动安息角为40°，静安息角为45°，容易产生堆积。为了避免泥煤的的堆积，初步选用100×100×10的角钢作为横梁替换原来的100×6方管。同时将横梁下移，使横梁与托辊外表面之间的距离由30.5 mm增加94.0 mm，角钢的两边与竖直面呈45°放置[3]。

2.1 回程托辊静载计算

根据带式输送机设计手册可知，回程托辊静载Pu计算公式为：

式中：e为辊子载荷系数，与托辊形式有关，两节棍取0.63；g为重力加速度，取9.8 N/kg；qB为每米长输送带质量，取72 kg/m；au为回程分支托辊间距，取3 m。将数值带入式（1）可得回程分支托辊静载荷Pu=1 333.6 N。

2.2 回程分支托辊动载计算

式中：fs为运行系数，fa为工况系数，该输送机每天运行10～12 h，查表可得，fs=1.1；fa=1。将数据带入公式（2）中可得到回程分支托辊动载荷Pu'=1 466.9 N。

2.3 托辊架横梁弯曲应力计算

由托辊组的结构形式可知，每个托辊架含有两件托辊，托辊架通过两端连接座安装在皮带机中间架上。托辊架上一共4个受力点，每个受力点压力近似相等，单个受力点受到的压力F=Pu'/4=366.7 N。由于托辊架上外侧支撑点靠近皮带机中间架，可认为外侧两受力点压力对托辊架不产生弯矩作用，托辊架中间两支撑点下方悬空，对托辊架横梁产生弯矩作用。下托辊架的两端与皮带机中间架之间是螺栓连接，属于超静定结构。为了简化计算，把托辊架看作简支梁进行计算，一段看作固定铰支座，另一端看作是滑动铰支座，这样产生的弯矩比实际值要大，得到的应力值偏大，偏大的应力值如果不超过许用应力，可认为优化的机构强度符合要求[4]。式中：Mmax为托辊压力产生的弯矩，N·m；F为托辊架支点处受到的压力，N，F=366.7 N；a为中间支点到托辊架两端连接座的距离，m。

根据托辊架几何尺寸得到a=1.108 m，将数值带入公式（3）得到托辊架横梁受到的弯矩Mmax=406.3 N·m[5]。

由材料力学可知，材料的最大正应力出现在承受弯矩最大的截面上，与中性轴的距离成正比，在距离中性轴最远处出现应力最大值。相对于中性轴，一侧材料被拉伸，一侧材料被压缩。根据弯曲应力公式

式中：Iyo为截面惯性距，m4；ymax为在弯矩最大截面上离中性轴最远的距离，m。

角钢下方材料被拉伸，上方材料被压缩，由于选用的材料为Q235-A，属于碳素结构钢，具有良好的塑形，因此抗压性能良好。分析其强度时一般考察其最大拉应力。经查阅相关资料确定100×100×10角钢 ymax=3.62×10-2m。Iyo=7.435×10-7m4，将数据带入公式（4），得到横梁下方材料受到的最大拉应力σmax=19.8 MPa，下托辊架的受力波动不大，可认为受力恒定。一般取需用应力值为215 MPa。因此，优化后的结构在强度上符合使用要求。