馬希青，李 楊，劉丹丹，陳明輝

（河北工程大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

0 引言

帶式轉(zhuǎn)載機(jī)是與掘進(jìn)機(jī)，帶式輸送機(jī)，車輛配套使用的一種運(yùn)輸機(jī)械。掘進(jìn)機(jī)和帶式輸送機(jī)通過聯(lián)接架聯(lián)接在一起，掘進(jìn)機(jī)通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)機(jī)將割離的物料運(yùn)到帶式輸送機(jī)上，帶式輸送機(jī)又物料運(yùn)到了轉(zhuǎn)載系統(tǒng)，最后通過小車將物料運(yùn)走，達(dá)到了轉(zhuǎn)載的目的[1]。帶式轉(zhuǎn)載機(jī)在煤炭行業(yè)是不可缺少的運(yùn)輸機(jī)械，為確保煤炭能夠迅速、連續(xù)、多量的轉(zhuǎn)載與運(yùn)輸提供了保障。①轉(zhuǎn)載機(jī)與其他運(yùn)輸機(jī)械相比僅有膠帶、托輥、滾筒、驅(qū)動(dòng)裝置等幾大部件、維修容易；②需要經(jīng)常維修的主要是托輥。膠帶使用壽命長(zhǎng)，磨損小，更換方便快捷；③運(yùn)輸量大、動(dòng)力消耗小。被輸送物料和膠帶之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)只需克服托輥與膠帶之間的摩擦阻力，摩擦損耗小，與其他運(yùn)輸機(jī)械相比，在同樣運(yùn)量下，動(dòng)力消耗小。同時(shí)，由于是連續(xù)運(yùn)動(dòng)，故運(yùn)輸量大，能夠適應(yīng)不同坡度的連續(xù)運(yùn)輸工況。同時(shí)，還易于實(shí)行集中遙控，自動(dòng)保護(hù)；④運(yùn)費(fèi)低廉。由于動(dòng)力消耗小，運(yùn)量大，用的管理人員少，單位運(yùn)費(fèi)就比較便宜。

該轉(zhuǎn)載機(jī)主要是用于露天煤場(chǎng)及露天工況下對(duì)于物料的運(yùn)輸和轉(zhuǎn)載，當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)的機(jī)架在滿負(fù)載狀況下的時(shí)候，受自身機(jī)架的重力，物料的重力以及拉索對(duì)機(jī)架的拉力作用。為了保證在工作時(shí)轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)架所受的力以及變形最小，需要確定拉索在機(jī)架上的最佳位置。通過確定帶式轉(zhuǎn)載機(jī)拉索合理的吊點(diǎn)位置，從而達(dá)到帶式轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)架的受力，撓度合理，整機(jī)性能良好。

1 帶式轉(zhuǎn)載機(jī)架主要參數(shù)的確定

已知帶式轉(zhuǎn)載機(jī)的帶寬B 為1000mm；輸送量為600t/h，輸送物料為煤塊；選用電機(jī)型號(hào)為Y180M-2；機(jī)架采用材料為Q235 的（80×60×5）mm 槽鋼。機(jī)架自重P 為34259.232N。帶式轉(zhuǎn)載機(jī)的帶速為：

式中： Q—輸送量，取600t/h；B—輸送帶帶寬，取1m；k—斷面系數(shù)，k 與物料的動(dòng)堆積角ρ 及帶寬B 有關(guān)，取k=400；γ—物料容量，取γ=1.3t/m3；c—傾角系數(shù)，取c=0.92；ξ—速度系數(shù)，取ξ=0.96。故：

物料的單位長(zhǎng)度重力為：

式中： G—單位長(zhǎng)度運(yùn)送物料質(zhì)量（N/m）；Q—輸送量，取600t/h；υ—帶速，取2.1m/s。

故單位長(zhǎng)度運(yùn)送物料質(zhì)量為：

轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)架的靜載受力為：

式中： F—轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)架的靜載荷（N）；L—轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)架的長(zhǎng)度（m）；P—轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)架的重力載荷（kg）。

故轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)架的靜載荷為：

F=LG+P=16×778+34259.232=46707.232N

2 拉索位置的確定

帶式轉(zhuǎn)載機(jī)工作時(shí)物料沿縱向是均勻分布的，所以將帶式轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)架的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型簡(jiǎn)化為受均布載荷q的懸臂梁[3]。機(jī)架受到自身重力，支座反力Foy，F(xiàn)ox拉索的拉力F1，電機(jī)的壓力即電機(jī)的自重G，將物料壓力和梁的自重的力看作一個(gè)均布載荷q，然后以梁的左端支座處為o 點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系xoy 如圖1（a）所示。

圖1 機(jī)架受力分析圖

對(duì)梁受力分析如圖1（a）所示，其平衡方程：

由上式整理得：

由圖1（b）得OA 段的彎矩為：

機(jī)架所承受的重量以及應(yīng)力變化受拉索吊點(diǎn)位置的影響。為了使拉索就與機(jī)架達(dá)到了合理的配置，就應(yīng)該確切的得到拉索的位置。通過理論分析計(jì)算，過程十分繁瑣，為了快速準(zhǔn)確的得到結(jié)果，可以借助于Matlab 軟件。設(shè)變量為x，建立目標(biāo)函數(shù)為:

首先編寫目標(biāo)函數(shù)的M 文件fmincono.m，返回x 處的函數(shù)值f。

Function f=myfun (x)；

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

然后設(shè)置線性約束的系數(shù):

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 中運(yùn)行后得到結(jié)果x=9，fval=9.5286e+004，所以當(dāng)拉索吊點(diǎn)在圖1 所示x=9 時(shí)，得到彎矩的最小值95286N·m。

3 機(jī)架的校核

由拉索位置受力分析可得，在拉索的吊點(diǎn)（即機(jī)架的A-A 截面）處的彎矩值最小，此截面為梁的危險(xiǎn)截面。以該截面為y 軸建立平面直角坐標(biāo)系，對(duì)該截面受力分析如圖2 所示：

對(duì)截面右側(cè)進(jìn)行分析，平衡方程如下：

根據(jù)方程（9）、（10）、（11）解方程組得：

F2=-79002.06N，F(xiàn)3=81962.27N，F(xiàn)4=318.28N

因?yàn)镕3最大，此桿最先受到破壞，為梁的危險(xiǎn)桿。承受的應(yīng)力為：

圖2 危險(xiǎn)截面的受力分析圖

圖3 矩形截面示意圖

已知所選鋼Q235 的許用應(yīng)力為[4]，σ<[σ]。所以，此梁強(qiáng)度符合要求。

4 結(jié)論

（1）通過理論分析和借助于Matlab 軟件編程的方法可以方便快速的得到了單根拉索在轉(zhuǎn)載機(jī)架上的合理吊點(diǎn)位置。

（2）從分析可知當(dāng)單拉索吊點(diǎn)位置在x=9 的位置的時(shí)候，所受應(yīng)力與強(qiáng)度最小，從而使機(jī)架重量最輕。

[1] 溫建剛.大跨距帶式轉(zhuǎn)載機(jī)中間架截面的優(yōu)選分析[J].煤炭工程，2010，1.

[2] 梁庚煌.運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1983.

[3] 楊艷霞.大運(yùn)量長(zhǎng)運(yùn)距帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾基架主梁的設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2006.

[4] 聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第五版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.