馮蘋

泰富重裝集團(tuán) 湖南長沙 410000

中部機(jī)架作為圓管帶式輸送機(jī)中主要的承載結(jié)構(gòu)，其重量大約為整個(gè)系統(tǒng)重量的1/3-1/2，制造成本大約占整個(gè)系統(tǒng)的一半左右，因此其設(shè)計(jì)制造及性能將直接影響到管帶機(jī)的整機(jī)性能及制造成本?，F(xiàn)階段關(guān)于圓管帶式輸送機(jī)中部機(jī)架設(shè)計(jì)的理論根據(jù)大多源于工程經(jīng)驗(yàn)，真正根據(jù)力學(xué)原理進(jìn)行的中部機(jī)架設(shè)計(jì)理論在國內(nèi)研究領(lǐng)域仍然是一片空白。這樣做的后果是導(dǎo)致了工程上大量的鋼材浪費(fèi)，也增加了安裝維護(hù)的難度。另外，中部機(jī)架安全問題也不容忽視，國內(nèi)部分圓管帶式輸送機(jī)生產(chǎn)線就出現(xiàn)過棧橋走道脫焊，威脅維修人員安全等問題。因此中部機(jī)架的合理設(shè)計(jì)有助于提高整機(jī)的安全可靠性與經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。目前最常用的中部機(jī)架結(jié)構(gòu)是桁架式結(jié)構(gòu)，托輥組安裝在折彎板上，折彎板由平板沖壓而成，制造非常經(jīng)濟(jì)，但折彎板膠帶通過部分挖空會造成大量的板材浪費(fèi)。本文在原有隔板式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對中部機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，對于提升管帶機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性，降低工程師工作強(qiáng)度具有重要的實(shí)際意義。

1 管帶機(jī)中部機(jī)架結(jié)構(gòu)形式分析

管帶機(jī)中部機(jī)架的外形尺寸和截面形式主要與托輥的布置形式及承受載荷大小等因素有關(guān)。圓管帶式輸送機(jī)托輥的布置形式主要有一輥式、二輥式、三輥式、四輥式、六輥式、八輥式、十二輥式，前三后三輥式?，F(xiàn)在最常用的是六輥式和前三后三輥式。另外，根據(jù)斷面形狀可以將管帶機(jī)中部機(jī)架形式劃分成為矩形中部機(jī)架、三角形中部機(jī)架、上圓形下矩形中部機(jī)架等。在實(shí)際工作過程中，考慮輸送帶成槽性以及在物料載荷力的作用下，完全形成圓管形狀對于輸送帶而言，其工作狀態(tài)并不是最佳的。目前常用的隔板式結(jié)構(gòu)，托輥組安裝在折彎板上，折彎板由平板沖壓而成，制造簡單。

2 管帶機(jī)中部機(jī)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化

某工程項(xiàng)目有10條管帶機(jī)共超過50公里，折合成24m的標(biāo)準(zhǔn)段就會有2000多段中部機(jī)架。這么多機(jī)架中80%是不一樣，需要對其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行修改。在這種情況下如果采用二維方式出圖，那么在設(shè)計(jì)過程中就必然要求工程師針對所有的內(nèi)容進(jìn)行修改。這種操作模式一方面會顯著加大工程師的工作量，工程師在長時(shí)間高強(qiáng)度工作下，容易出現(xiàn)差錯(cuò)?？傊?，這種模式不利于工程項(xiàng)目的實(shí)施。為了縮短設(shè)計(jì)周期，同時(shí)提高設(shè)計(jì)可靠性，本文基于常用的隔板式結(jié)構(gòu)對中部機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 優(yōu)化總體思路

針對標(biāo)準(zhǔn)段L為24m的兩種管帶機(jī)中部機(jī)架結(jié)構(gòu)形式，即原有隔板式結(jié)構(gòu)以及新型結(jié)構(gòu)，給定一個(gè)工況條件，按照相同的工況條件對它們分別進(jìn)行計(jì)算分析?；诔醪降挠?jì)算分析結(jié)果確定管帶機(jī)中部機(jī)架的截面形式以及關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)中部機(jī)架的截面形式及其關(guān)鍵參數(shù)，利用有限元軟件建立模型，通過有限元軟件實(shí)現(xiàn)中部機(jī)架結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析。反過來，根據(jù)有限元軟件的計(jì)算分析結(jié)果來對管帶機(jī)中部機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式和關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化完善。完成以上優(yōu)化設(shè)計(jì)后，將結(jié)果與工藝部門、制造部門等進(jìn)行討論分析，工藝部門可以從工藝角度提出中部機(jī)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化意見，制造部門可以從生產(chǎn)制造角度提出中部機(jī)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化意見。根據(jù)討論意見對新型中部機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步修改。

將優(yōu)化設(shè)計(jì)好的管帶機(jī)中部機(jī)架與原有隔板式結(jié)構(gòu)從受力、加工、制造、運(yùn)輸?shù)葘用孢M(jìn)行綜合對比分析，最終明確最優(yōu)的中部機(jī)架結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)分析結(jié)果撰寫中部機(jī)架結(jié)構(gòu)型式分析報(bào)告，同時(shí)繪制管帶機(jī)中部機(jī)架的詳細(xì)工程圖。最后就是在實(shí)際的工程項(xiàng)目中對新型中部機(jī)架機(jī)構(gòu)形式進(jìn)行大力推廣。

表1 原有隔板式中部機(jī)架受力情況

表2

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種新型管狀帶式輸送機(jī)中部機(jī)架結(jié)構(gòu)形式，假設(shè)一種工況，設(shè)計(jì)中涉及到的一些基本參數(shù)主要有，管徑大小為450mm，輸送的物料為砂石，密度為1.6t/m3，輸送速度為4.2m/s，每小時(shí)可以輸送2500t物料。

基于上述工況，原有隔板式中部機(jī)架受力情況如表1所示。表1中，根據(jù)現(xiàn)有的條件查閱DTⅡ手冊，按照ST3500膠帶屬性可以計(jì)算得到膠帶單位重量?；撅L(fēng)壓和基本雪載根據(jù)管帶機(jī)工作地區(qū)的具體情況來確定，積垢載荷參考文件JB/T8849-2005移動(dòng)式散料連續(xù)搬運(yùn)設(shè)備并考慮現(xiàn)場情況取值放大。

新型中部機(jī)架結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化過程如下：

（1）根據(jù)前文的工況條件計(jì)算整體結(jié)構(gòu)的受力情況，結(jié)果如表2所示。

（2）充分考慮以上計(jì)算結(jié)果，可以確定新型中部機(jī)架結(jié)構(gòu)形式。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)的中部結(jié)構(gòu)形式繪制三維CAD圖形，并將其輸入有限元軟件中對結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析計(jì)算，基于計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)中部機(jī)架結(jié)構(gòu)形式初步確定。

（4）進(jìn)一步和生產(chǎn)制造部門以及工藝設(shè)計(jì)部門進(jìn)行溝通協(xié)作，基于這些部門反饋的意見對中部機(jī)架結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行修改。

（5）從受力、加工、制造、運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)方面對優(yōu)化設(shè)計(jì)的中部機(jī)架結(jié)構(gòu)形式與原有的隔板式結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析，確定最終的中部機(jī)架結(jié)構(gòu)型式，作為一種全新的、更優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式，再以后的工程項(xiàng)目中可以投入使用。

（6）根據(jù)兩種中部機(jī)架結(jié)構(gòu)形式的對比分析結(jié)果撰寫分析報(bào)告，并基于新型中部機(jī)架結(jié)構(gòu)繪制詳細(xì)工程圖。

針對工程項(xiàng)目實(shí)施過程中存在的問題，本文設(shè)計(jì)了一種新型中部機(jī)架結(jié)構(gòu)型式，分別對兩種結(jié)構(gòu)從受力、加工、制造、運(yùn)輸?shù)确矫娴念惐确治?，最終確定了中部機(jī)架的結(jié)構(gòu)型式。本新型中部機(jī)架結(jié)構(gòu)形式可以首先在本公司項(xiàng)目推廣，然后再進(jìn)行產(chǎn)品系列化、通用化推廣應(yīng)用。通用化能提高設(shè)計(jì)進(jìn)度，簡化工藝過程，降低制造難度，縮短生產(chǎn)周期，減少制造成本。

3 結(jié)語

中部機(jī)架作為管帶機(jī)中的關(guān)鍵承載部件，其結(jié)構(gòu)形式對于發(fā)揮管帶機(jī)的性能有著重要的作用。本文給定相同工況條件對原有隔板式結(jié)構(gòu)以及新型中部機(jī)架結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了計(jì)算分析，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)出了新型管帶機(jī)中部機(jī)架結(jié)構(gòu)形式。新的結(jié)構(gòu)形式可以確保管帶機(jī)能夠適應(yīng)更多環(huán)境。