关键词：皮带机；下托辊架；强度；优化设计
0引言
皮带机属于港口煤炭运输常用设备，随着技术进步，皮带机向着大运量、长行程、高速的方向发展。托辊作为皮带机的一个重要的组成单元，使用数量巨大，下托辊组主要支撑回程皮带的重量。如果下托辊架强度不足或结构形式不合理，会直接影响皮带机的性能。因此，优化下托辊支架的强度及机构结构形式非常重要。
1．存在的问题
由于皮带机下平行增强托辊支架横梁与托辊之间的间距小，积煤不宜排出，冬季气温降到零度以下时积煤冻结会造成下托辊回转阻力增大、发热严重，严重的会导致托辊卡死或托辊断裂，割伤输送带，导致输送带突然撕裂引发重大安全事故。因此，必须对目前使用的下平行增强托辊支架进行改造设计。
2．下平行增强托辊支架改造设计
针对上述问题，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，从物料的堆积角考虑，尽量的选用不满足煤粉堆积角度的型材，降低积煤的概率。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的积煤磨损下托辊，也方便检修人员清理。
2.1下托辊架横梁型材选用原则
由于港口运输的煤炭种类较多，表1所示的为常见煤种的动安息角及静安息角。
表1 不同物料的安息角
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由表1可以看出，相同物料静休止角大于动休止角，由于皮带上泥煤最难清理，加上泥煤的动安息角为40°，静安息角为45度，容易产生堆积，因此选用100×100×10的角钢作为横梁替换原来的100×6方管。同时将横梁与托辊外表面间距由30.5mm增加94mm，角钢的两边与竖直面呈45°放置。结构如图1所示。
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原结构示意图 新结构示意图
图1 下托辊支架结构示意图
2.2利用解释法对下托辊支架进行强度校核
（1）回程托辊静载Pu计算公式为：
Pu=eauqBg ⑴
其中, e为辊子载荷系数，两节棍取 0.63； g为重力加速度9.8N/kg；qB为每米长输送带质量，取72kg/m ；au为回程分支托辊间距，取3m。带入上式可得回程分支托辊静载荷P=1333.6N
（2）回程分支托辊动载计算：
P'u=Pufsfa.png)
⑵
其中，fs为运行系数，去1.1， fa为工况系数，取1。将数据带入上式可得到回程分支托辊动载荷P'u=1466.9N。
⑶托辊架横梁弯曲应力计算
由托辊组的结构形式可知，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= P'u /4=366.7N。由于托辊架上外侧支撑点靠近皮带机中间架，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。因此可把托辊架作简支梁计算，一端为固定铰支座，另一端为滑动铰支座，得出的弯矩和应力值大于实际值，如计算的应力值不超过许用应力，可认为优化的机构强度符合要求。
Mmax=F*a.png)
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⑶
其中：Mmax -托辊压力产生的弯矩，N*m；
F-托辊架支点处受到的压力，N；
a-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=1.108m，将数值带入得到托辊架横梁受到的弯矩Mmax=406.3 N*m。
材料的最大正应力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。相对与中性轴，一侧材料被拉伸，一侧材料被压缩。根据弯曲应力公式
σmax= Mmaxymax/Iyo.png)
⑷
其中：Iyo-截面惯性距，cm3；
ymax-弯矩最大截面上，离中性轴最远的距离，m。
如图2所示，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抗压性能良好，分析其强度时一般考察其最大拉应力。100×100×10角钢ymax=3.62×10-2m。Iyo=7.435×10-7 m4，将数据带入公式⑷，得到横梁下方材料受到的最大拉应力σmax=19Mpa，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215Mpa。因此，优化后的结构在强度上符合使用要求。
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图2 角钢截面参数
3使用效果分析
改进后取得的使用效果，主要表现在以下两方面:
⑴物料堆积角度的破坏及托辊下方间隙的加大有效的避免了积煤对托辊的磨损，下托辊使用寿命延长 2-3 倍。节约大量托辊备件，降低托辊更换工时。一台带宽两米的皮带机每年可节省备件费 10多万。
⑵托辊下方间隙的增大，降低了工人清扫托辊架积煤的难度，延长清扫间隔时间。节约人力成本。
4. 结论
改进后的下平行增强托辊架结构合理，维护方便，有效避免煤料的堆积，延长了托辊的使用寿命，降低了运行成本。
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作者简介：崔化化，女，1979年9月，安徽淮南，机械制造专业，助理工程师，现于淮南比淮机械有限公司工程部从事带式输送机设计工作
论文作者:崔化化
论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期
论文发表时间:2020/4/29
标签：托辊论文; 支架论文; 横梁论文; 应力论文; 弯矩论文; 皮带机论文; 结构论文; 《科学与技术》2019年19期论文;