鄭科偉1張曉俠王玉芳

（1.沈陽(yáng)施道克電力設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110027；2.沈陽(yáng)皆愛(ài)喜輸送設(shè)備有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

印度SASAN 14.2km越野皮帶機(jī)水平轉(zhuǎn)彎段承載托輥支架ANSYS分析

鄭科偉1張曉俠2王玉芳2

（1.沈陽(yáng)施道克電力設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110027；2.沈陽(yáng)皆愛(ài)喜輸送設(shè)備有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

本文詳細(xì)介紹了14.2KM越野皮帶機(jī)水平轉(zhuǎn)彎段承載托輥支架的結(jié)構(gòu)，對(duì)支架材料特性及設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行探討，對(duì)托輥支架有限元分析的力學(xué)模型進(jìn)行了研究。

SASAN；越野皮帶機(jī)；水平轉(zhuǎn)彎段承載托輥支架；ANSYS

1 前言

托輥是帶式輸送機(jī)的主要部件，作用是支撐輸送帶，減少阻力，保證輸送帶正常運(yùn)行。托輥總重量占皮帶機(jī)總重30%-40%，因此托輥好壞直接影響皮帶輸送機(jī)運(yùn)行和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。托輥按用途不同分為普通承載托輥和專用托輥。普通承載托輥是在正常段的上分支和下分支托輥，作用是支撐輸送帶和物料；專用托輥?zhàn)饔檬禽斔蛶У倪^(guò)渡導(dǎo)向、輸送帶運(yùn)行的防偏及緩沖。托輥都是成組地安裝在輸送機(jī)上。上托輥組可由單個(gè)托輥和兩個(gè)、三個(gè)托輥槽型托輥組。槽型托輥組中間托輥水平布置，側(cè)托輥的槽角一般為35°和45°。最常用的托輥組是三個(gè)托輥的長(zhǎng)度相等并布置在同一平面內(nèi)。SASAN 14.2km越野皮帶機(jī)項(xiàng)目是印度Reliance公司用在SASAN超巨型電站項(xiàng)目中，由煤礦區(qū)向電廠區(qū)輸送原料的唯一一條輸煤長(zhǎng)距離皮帶輸送機(jī)。項(xiàng)目簡(jiǎn)介如下：（1）輸送距離14.08km、輸送量4500t/h、帶度1.8m、驅(qū)動(dòng)功率4×1700kW。皮帶機(jī)沿線全部是鋼結(jié)構(gòu)通廊。（2）皮帶機(jī)要跨躍兩座橋梁，一處675m，一處736m，共1411m。每座橋墩跨距45m。（3）皮帶機(jī)要跨過(guò)16處?kù)o空6m以上的路還有幾十條小路。（4）沿途有16處高低壓輸電線網(wǎng)。（5）上托輥間距是2m，下托輥間距是4m。（6）機(jī)頭在業(yè)主的一個(gè)料倉(cāng)上，機(jī)尾與Reliance公司另一個(gè)項(xiàng)目聯(lián)接。作為連接礦山和電廠唯一輸煤線路，此條皮帶機(jī)很重要。而要確保此皮帶機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，托輥設(shè)計(jì)是重中之重，托輥好壞直接決定項(xiàng)目成功與否，支撐托輥的支架合理設(shè)計(jì)是難點(diǎn)也是重點(diǎn)，由于托輥間距大、運(yùn)量高、皮帶重量大對(duì)托輥支架剛度和強(qiáng)度要求更高，所以托輥支架的強(qiáng)度和剛度校核是托輥支架的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中采用ANSYS對(duì)此項(xiàng)目中的托輥支架進(jìn)行剛度和強(qiáng)度分析。ANSYS軟件是世界增長(zhǎng)最快的CAE軟件，在航天、汽車、機(jī)械等領(lǐng)域內(nèi)有廣泛應(yīng)用。可以對(duì)包括、熱、電、流體和結(jié)構(gòu)等諸多模型進(jìn)行分析求解，為解決復(fù)雜、龐大工程項(xiàng)目和致力于高水平科研攻關(guān)提供優(yōu)良工作環(huán)境。

2 14.2KM用水平段托輥支架的結(jié)構(gòu)

14.2 km用水平轉(zhuǎn)彎段托輥支架與正常皮帶機(jī)用托輥支架不同，結(jié)構(gòu)如圖1，托輥支架主體采用方鋼設(shè)計(jì)，為防止轉(zhuǎn)彎段撒料側(cè)輥槽角為45°。為方便調(diào)整托輥傾斜角度，將中間架設(shè)計(jì)為圓管，托輥支架與中間架連接處設(shè)計(jì)為兩個(gè)半圓管與中間架圓管夾緊，這樣可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而調(diào)整托輥支架角度。橫輥和側(cè)輥并不在同一平面上，橫輥安裝在托輥支架的前面，而側(cè)輥安裝在托輥支架后面，這樣布置能減小托輥間距，防止因托輥輥?zhàn)右馔饷撀涠鴮?duì)輸送帶造成損壞。沿輸送機(jī)弧度方向設(shè)有擋輥，防止膠帶在水平轉(zhuǎn)彎處跑偏。

3 材料特性及設(shè)計(jì)指標(biāo)

托輥支架采用Q235B，彈性模量E為210Gpa，泊松系數(shù)為0.3，密度均為7.85×103kg/m3。這兩種鋼材的屈服應(yīng)力σs及破壞應(yīng)力σb如表1所示。

表1 鋼材的力學(xué)特性

設(shè)計(jì)指標(biāo)：Q235鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：f=206 N/mm2；構(gòu)件變形許用值：1/500。

4 托輥支架有限元分析的力學(xué)模型

托輥支架由型鋼和鋼板焊接成的結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力情況，有限元分析時(shí)各桿件均等效為彈性板單元（SHELL63）。彈性板單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)有6個(gè)自由度，即沿X、Y、Z軸移動(dòng)和繞X、Y、Z 軸轉(zhuǎn)動(dòng)。模型中節(jié)點(diǎn)的確定遵循如下原則：（1）托輥支架型材的連接點(diǎn)為模型的節(jié)點(diǎn)；（2）托輥支架型材與板的連接點(diǎn)或施力點(diǎn)為模型的節(jié)點(diǎn)。

5 約束因素

托輥支架通過(guò)下邊支撐板用螺栓與中間架聯(lián)接。有限元分析時(shí)將與中間架聯(lián)接點(diǎn)約束X、Y、Z三個(gè)方向的線位移。

6 載荷分析

圖1

圖2

托輥重量60.42kg、物料質(zhì)量223.2×2kg、膠帶重量75.6×2kg、支架自重73.3kg、運(yùn)行阻力85.5N，考慮動(dòng)載系數(shù)1.2。將上述載荷全部加載在托輥支撐點(diǎn)位置。

7 計(jì)算結(jié)果

ANSYS的計(jì)算結(jié)果如圖2，托輥支架受力最大點(diǎn)是在托輥橫梁拐點(diǎn)托輥支撐處，最大應(yīng)力為σ＝71Mpa，小于許用應(yīng)力，安全系數(shù)2.9。最大變形在橫梁中間，最大垂直撓度Δ=0.24mm，小于許用撓度。

結(jié)語(yǔ)

利用ANSYS建立的托輥支架有限元模型，滿足帶式輸送機(jī)托輥支架的計(jì)算精度要求。滿足托輥支架的剛度和強(qiáng)度的要求，修證了托輥支架的結(jié)構(gòu)和型材的選取，使其更合理，更具有經(jīng)濟(jì)性。

[1]皮帶運(yùn)輸機(jī)下托輥支架改進(jìn)[J].新疆鋼鐵，2003（04）.

TH22 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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