張宏生

河北港口集團(tuán)港口機(jī)械有限公司

1 引言

膠帶輸送機(jī)廣泛應(yīng)用在港口、電廠、礦山等場(chǎng)所，在膠帶機(jī)構(gòu)中，托輥架應(yīng)用量比較大，是其重要的結(jié)構(gòu)。膠帶運(yùn)輸線距離長(zhǎng)，膠帶輸送條數(shù)多，托輥應(yīng)用量非常大，更換損壞托輥次數(shù)也較多。托輥根據(jù)位置不同，更換的難易程度不一。普通段更換托輥較為簡(jiǎn)單，因上方無(wú)障礙物，且托輥架之間距離一般為1 m，將膠帶抬起一定距離就可以輕松更換托輥，一般用時(shí)為5 min左右；而導(dǎo)料槽段雖然在設(shè)計(jì)時(shí)加裝了100 mm的托輥架支座，由于襯板、擋料皮、托輥架間距距離小等原因，更換極為困難，一般用時(shí)為60 min左右。為了方便維修，節(jié)約時(shí)間，對(duì)托輥架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使之方便更換。

2 改造技術(shù)方案

導(dǎo)料槽托輥更換，一般需動(dòng)火且維修時(shí)間長(zhǎng)。通過(guò)圖1導(dǎo)料槽截面圖可以看出，在更換托輥時(shí)必須拆除托輥架支座，否則無(wú)法拆除兩側(cè)槽托，而且膠帶上升量也有限，中間槽托受空間影響，兩托輥架間距較小，約為350 mm，更換操作困難。

1.托輥支架 2.托輥 3.襯板 4.導(dǎo)料槽及擋皮 5.橡膠帶

導(dǎo)料槽托輥架增加100 mm支座高度，結(jié)構(gòu)分為3大部分：托輥架支座、中支架和斜支架。中支架能在托輥架支座上滑動(dòng)，中支架的固定靠斜支架壓板固定，斜支架依靠螺栓固定在托輥架支座上(見(jiàn)圖2)。

1.托輥架支座 2.斜支架 3.中支架

改造后更換兩側(cè)槽托時(shí)，只需要拆除固定斜支架的4條螺栓，將斜支架拆下后安裝新托輥，然后重新固定4條螺栓即可完成。當(dāng)更換中間槽托時(shí)，拆除斜支架后，中支架可以滑動(dòng)到外側(cè)，更換托輥后滑動(dòng)到中間，最后固定斜支架4條螺栓完成中間槽托更換。改造后，省去了拆除整個(gè)托輥架的繁瑣過(guò)程，安裝新托輥的過(guò)程均在外側(cè)足夠大的空間內(nèi)完成，更換槽托時(shí)間由之前60 min左右縮短到10 min左右，所需維修人員由之前的3～5名減少到2～3名，維修效率大大提高。

3 計(jì)算與校核

3.1 載荷分析

托輥架垂直方向受到承載物重力和煤料向下沖擊力。承載物重力包括煤料重力、緩沖托輥重力和橡膠帶重力。據(jù)皮帶機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)[1]：最大運(yùn)量4 400 t/h,帶速4.4 m/s,緩沖托輥間距350 mm，緩沖托輥重38.41 kg，250 m膠帶重14 t，計(jì)算得到承載物重力為2 346 N。煤料從拋料滾筒經(jīng)過(guò)溜筒沖擊到膠帶，假設(shè)煤料到達(dá)下部膠帶的速度不變，依據(jù)動(dòng)量守恒計(jì)算得到煤料向下沖擊力為1 056 N?？紤]到堵料等特殊情況，保證安全有效運(yùn)行，增加安全系數(shù)1.5，因此托輥架所受垂直向下最大作用力為5 103 N。

托輥架在皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中受到摩擦力，當(dāng)特殊情況托輥卡死不轉(zhuǎn)時(shí)所受到的摩擦力最大，此處屬于干摩擦條件的滑動(dòng)摩擦，選擇橡膠與橡膠平行紋理，確定摩擦系數(shù)為μ=0.48[2]：計(jì)算得到托輥架所受水平方向摩擦力為2 450 N。

3.2 有限元分析

3.2.1 支座分析校核

垂直向下最大作用力對(duì)支座的受力分析、運(yùn)行分析結(jié)果表明，最大主應(yīng)力小于235 MPa，滿足使用要求。

水平方向摩擦力對(duì)支座的影響分析結(jié)果表明，最大主應(yīng)力小于235 MPa，滿足使用要求。

3.2.2 中支架和斜支架校核

把中支架和斜支架作為一體進(jìn)行受力分析。物料對(duì)托輥架受力點(diǎn)共有6處，按這6處平均分配垂直向下最大作用力，對(duì)支座應(yīng)力分析后所得結(jié)果見(jiàn)圖3，可以看出最大主應(yīng)力小于235 MPa，滿足使用要求。

圖3 垂直向下最大作用力對(duì)中支架和斜支架受力分析圖

分析水平方向摩擦力對(duì)中支架和斜支架的影響，其有限元結(jié)果見(jiàn)圖4，可以看出最大主應(yīng)力小于235 MPa，滿足使用要求。

圖4 水平摩擦力對(duì)中支架和斜支架受力分析圖

3.3 螺栓連接強(qiáng)度校核

分析斜支架與支座螺栓連接強(qiáng)度是否滿足要求。導(dǎo)料槽在水平段，垂直向下的力對(duì)螺栓沒(méi)有作用力，不考慮其影響。水平方向的摩擦力對(duì)其有影響，同時(shí)對(duì)支座和托輥架支座連接螺栓有作用力，其連接螺栓為M16×50普通螺栓4套，此處受力要大于斜支架與支座螺栓連接處的力，而斜支架與支座螺栓連接為8套M16×50不銹鋼螺栓，其強(qiáng)度要大于普通螺栓，利用不銹鋼螺栓防止生銹利于拆裝，所以螺栓連接強(qiáng)度滿足要求。

通過(guò)以上分析結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計(jì)的托輥架結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。

4 結(jié)語(yǔ)

優(yōu)化設(shè)計(jì)后的分體式托輥架消除了更換托輥過(guò)程中導(dǎo)料槽的影響，使得導(dǎo)料槽托輥架安裝方便，托輥更換簡(jiǎn)單，節(jié)省人力與時(shí)間，取得良好效果。本方案在某港口應(yīng)用1年后，大大提高了導(dǎo)料槽托輥更換效率，節(jié)省了人力成本，提高了維修效率。