張宏敏　王洋　靳雷

摘 要：對(duì)圓管形帶式輸送機(jī)桁架進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，調(diào)整桁架主要參數(shù)，打破傳統(tǒng)的封閉桁架結(jié)構(gòu)。以管狀機(jī)成管框架為主體，承受主要受荷載，走臺(tái)欄桿框架代替外裝支撐，只承受風(fēng)載及活載。這種新型封閉桁架結(jié)構(gòu)輕便，可應(yīng)用于普通帶式輸送機(jī)桁架中，大幅度降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)中市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在生產(chǎn)上減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，行業(yè)應(yīng)用前景十分廣闊。

關(guān)鍵詞：封閉 桁架 弦桿 載荷 圓管

中圖分類(lèi)號(hào)：TH22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（c）-0037-03

隨著現(xiàn)代化大型工業(yè)發(fā)展的要求，環(huán)保已成為當(dāng)今世界范圍高度重視的問(wèn)題。散狀物料輸送系統(tǒng)在工作過(guò)程中產(chǎn)生粉塵和撤料，對(duì)環(huán)境的污染已經(jīng)引起世界各國(guó)輸送機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、使用及行政管理等部門(mén)越來(lái)越多的關(guān)注。為了減少輸送過(guò)程產(chǎn)生污染，提倡環(huán)保和無(wú)公害化輸送散狀物料。同時(shí)由于一些物料的特殊性能或輸送環(huán)境影響，防止物料受潮變質(zhì)，防止物料混入雜質(zhì)，圓管形帶式輸送機(jī)被越來(lái)越多的應(yīng)用。同時(shí)受地勢(shì)條件的限制，膠帶機(jī)往往需設(shè)置于地面以上的鋼結(jié)構(gòu)廊道內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)廊道通常設(shè)計(jì)成封閉式結(jié)構(gòu)，以避免對(duì)環(huán)境及皮帶壽命造成影響。

經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源的不斷開(kāi)發(fā)以及一些能源的不再生性，世界范圍開(kāi)始提倡節(jié)能減排?？茖W(xué)家不斷探索新的能源，技術(shù)人員不斷改進(jìn)工藝，研發(fā)新型結(jié)構(gòu)，提升設(shè)備性能，提高原材料利用率、降低產(chǎn)品材料成本的。

2014年我們進(jìn)行輸送氧化鋁粉的圓管形帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，氧化鋁粉粒度小，易吸濕潮解，印度尼西亞加里曼丹島肯達(dá)旺甘鎮(zhèn)屬于多雨風(fēng)大地區(qū)，年最大降雨量：3 087 mm，最大風(fēng)速：24.5～28.4 m/s。確保非管狀段物料不受雨淋或與雨水接觸，回程管狀輸送帶也不遭受雨淋，避免將造成物料成為廢品。在設(shè)計(jì)桁架結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮以下幾點(diǎn)：便于觀察設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)；設(shè)備及人員防雨；風(fēng)力和雨量的影響。這種全封閉桁架傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)類(lèi)似混凝土通廊的鋼框架+彩光板外裝，管帶機(jī)在鋼通廊中運(yùn)行，桁架自身結(jié)構(gòu)荷載較大。我們打破傳統(tǒng)的封閉桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)合管狀機(jī)的特點(diǎn)，以管狀機(jī)成管框架為主體，封閉結(jié)構(gòu)為輔框，設(shè)計(jì)新型桁架結(jié)構(gòu)輕便，大大降低了設(shè)備成本。

1 新型封閉桁架結(jié)構(gòu)的確定

由于項(xiàng)目地形高架及防雨要求，該次的主體形式設(shè)計(jì)成封閉桁架結(jié)構(gòu)，桁架是膠帶機(jī)通廊比較常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)形式，通常分為上翻桁架、下翻桁架。根據(jù)調(diào)整桁架主要參數(shù)，做成大跨度桁架，桁架結(jié)構(gòu)與梁相比，節(jié)省材料，重量輕。桁架的外形主要根據(jù)其用途和受力情況而定，桁架的主要參數(shù)是指桁架的跨度、高度、節(jié)間數(shù)目、節(jié)間長(zhǎng)度和重量。傳統(tǒng)的封閉桁架采用上翻桁架結(jié)構(gòu)形式（結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1），這種桁架結(jié)構(gòu)上下弦桿截面常用H型鋼或T型鋼，封閉采用彩鋼板外裝板與C型鋼骨架連接，桁架外框具有較大的鋼度，能承受較大風(fēng)載及載荷。但這種結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，用鋼量大，自身結(jié)構(gòu)重量增加，材料利用率低。同時(shí)由于上翻結(jié)構(gòu)外廓尺寸大，連接節(jié)點(diǎn)多，對(duì)運(yùn)輸和安裝的成本相對(duì)增加。

該次結(jié)合圓管帶式輸送機(jī)特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)新型封閉結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖2）。

圓管帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（見(jiàn)圖3），托輥由前三后三形式，或同側(cè)六邊型布置，安裝于框架面板上，框架面板之間上下通常用角鋼連接，并有一定數(shù)量的斜桿組成，以保證其運(yùn)行的穩(wěn)定?？梢?jiàn)為保證圓管機(jī)的成管，其本身就已經(jīng)是一個(gè)寬度，高度上較小的桁架體。我們以本架體為依托，把通行的走臺(tái)和外側(cè)欄桿做出相應(yīng)的調(diào)整，外側(cè)欄桿由通常的圓鋼管或角鋼，改成減小壁厚的方鋼管，并且直接連通到頂部，這樣外裝板的支撐骨架就形成了，圖1結(jié)構(gòu)中的外裝板支撐骨架C型鋼就節(jié)省掉了。同時(shí)由于底平面只承受檢修及維護(hù)時(shí)人員通行及檢修工具、備件的重力，側(cè)面只承受風(fēng)力載荷，頂平面及底面型材也由H型鋼及雙角鋼平連面改成較小型號(hào)的槽鋼就完全可以了；該結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，大大降低了設(shè)備成本，同時(shí)便于運(yùn)輸與安裝。

2 新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 確定桁架外廓尺寸

該項(xiàng)目輸送量為400 t/h；物料堆積密度為1.0 t/m3；物料粒度為0～1 mm；帶速為2 m/s。根據(jù)以上參數(shù)，確定圓管外徑為Φ360 mm，托輥直徑為Φ108 mm，托輥（面板框架）間距為1 600 mm，結(jié)合桁架主要參數(shù)，選擇最優(yōu)結(jié)構(gòu)，最終確定內(nèi)部桁架尺寸，長(zhǎng)度為17.6 m（11組托輥），寬度為880 mm，高度為1 548 mm；外部框架考慮通行、維修空間，走臺(tái)寬度大于為800 mm，最終總寬度為3 050 mm，總高度為2 400 mm。

2.2 載荷分布

托輥、托輥支架面板重量：141.4 kg/組×11組均布；

雙側(cè)走臺(tái)鋼格板及支撐角鋼重：53.7×2 kg/m；

走臺(tái)支撐重：28.34 kg/m；

外裝板支撐：50.6 kg/m；

波紋壓型板0.6 m：47.1 kg/m；

膠帶重：23.5×2 kg/m；

物料重：55.56 kg/m；

電纜盒及支撐：15 kg/m；

風(fēng)速：24.5～28.4 m/s。

2.3 計(jì)算結(jié)果

該項(xiàng)目我們通過(guò)目前國(guó)際上流行的較大型ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行精確電算，ANSYS分析軟件通過(guò)建立模塊、分析計(jì)算模塊、處理模塊，對(duì)結(jié)構(gòu)提供結(jié)構(gòu)靜力分析、動(dòng)力分析，同時(shí)按照荷載及工況組合，分析不工況情況的各桿件受力，確保證構(gòu)的安全可靠性，其中圖4為該項(xiàng)目半封閉結(jié)構(gòu)ANSYS有限元分析軟件結(jié)果。具體型材分析結(jié)果如下。

2.3.1 新型桁架

內(nèi)桁架（主桁架）立面：上下弦桿采用L100×100×10，立桿端頭H150×150×7×10，立桿中部（托輥框架側(cè)桿）采用L75×6，斜桿采用L75×6；上下平面：端頭桿采用H150×150×7×10，中部桿（托輥框架上下桿）采用L75×6，斜桿采用L63×6。endprint

外框架底面（走臺(tái)面）：直桿槽鋼14a，走臺(tái)鋪板支撐L63×6，側(cè)面外裝支撐（也做欄桿）方鋼管50×30×3，頂面外裝支撐方鋼管40×40×3。內(nèi)外桁架總重約為6 654 kg。

2.3.2 傳統(tǒng)上翻桁架

內(nèi)桁架（管狀機(jī)運(yùn)行支撐）：托輥支撐四框均為L(zhǎng)75×6，四框上下用L63×6聯(lián)接，斜桿L50×5。

外桁架體（主桁架）：上下弦桿采用H150×150×7×10，立桿采用H125×125×6.5×9，斜桿十75×6（端頭）/十70×6；上下平面：平桿采用H125×125×6.5×9，斜桿十70×6；下平面H194×150×6×9，斜桿十70×6；外裝支撐C型鋼160×3。內(nèi)外桁架總重約12 078 kg。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析和應(yīng)用前景展望

該項(xiàng)目受廠區(qū)地形地貌影響，全程高架，采用新型封閉（半封閉）結(jié)構(gòu)桁架總計(jì)約420 t，與傳統(tǒng)上翻封閉桁架相比，為我公司節(jié)約342 t鋼材，直接經(jīng)濟(jì)效益153.9萬(wàn)元人民幣。折合生產(chǎn)成本約230萬(wàn)元人民幣。降低了運(yùn)輸成本并且安裝調(diào)試過(guò)程中，由于新型封閉桁架結(jié)構(gòu)緊湊，安裝累計(jì)誤差小，也方便了后期的調(diào)試工作；降低了資本的投入，節(jié)約了大量能源。

同時(shí)新型封閉桁架結(jié)構(gòu)，完全應(yīng)用于普通膠帶機(jī)的封閉桁架結(jié)構(gòu)，取代傳統(tǒng)上翻結(jié)構(gòu)封閉桁架。在以后的報(bào)價(jià)中對(duì)于全封閉結(jié)構(gòu)（大跨度桁架除外）大幅度降低報(bào)價(jià)價(jià)格，提高報(bào)價(jià)中標(biāo)率，在生產(chǎn)上減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上分析新型結(jié)構(gòu)桁架外廓尺寸減小，重量輕。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)將可以減輕設(shè)備及人工成本，提高效率。運(yùn)輸過(guò)程吊裝方便，少占用運(yùn)輸空間，裝車(chē)和卸車(chē)時(shí)，吊裝所用時(shí)間將大大縮短，設(shè)備安裝時(shí)相對(duì)簡(jiǎn)便，安裝累計(jì)誤差小。在環(huán)保要求相對(duì)較高的電力、煤化工、鋼鐵、建材及長(zhǎng)距離越野管帶機(jī)等方面應(yīng)用前景廣闊，可以大力推廣，符合國(guó)家倡導(dǎo)的“節(jié)能降耗，減污增效，保護(hù)環(huán)境，利國(guó)利民”的要求。

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