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        帶式輸送機(jī)托輥結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及研究

        2022-09-23 06:59:26郝志剛
        機(jī)械管理開發(fā) 2022年9期
        關(guān)鍵詞:托輥輸送帶帶式

        郝志剛

        (晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四臺礦勞資科,山西 大同 037001)

        引言

        帶式輸送機(jī)具有長距離、連續(xù)運(yùn)輸且運(yùn)輸量大[1]等特點(diǎn),目前已經(jīng)成為煤礦安全高效生產(chǎn)的重要設(shè)備,且隨著煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,安全、高效、節(jié)能已成為礦用帶式輸送機(jī)的發(fā)展潮流[2]。帶式輸送機(jī)的主要組成部件包含驅(qū)動裝置、托輥、輸送帶、拉緊裝置、機(jī)架、清掃裝置和改向滾筒[3],其中,托輥主要是降低因承載物料引起的干擾[4];改向滾筒是輸送帶提供的運(yùn)輸導(dǎo)向裝置;驅(qū)動裝置是應(yīng)用輸送帶和滾筒間的摩擦力作用產(chǎn)生的驅(qū)動力來承載運(yùn)輸物料,而輸送機(jī)的驅(qū)動電機(jī)提供給驅(qū)動裝置所需的牽引力;張緊裝置是保持輸送帶在運(yùn)行過程中的松緊張弛程度。帶式輸送機(jī)是由兩個滾筒和緊套其上的輸送帶組成,輸送帶與滾筒形成封閉環(huán)形,皮帶與滾筒間作用產(chǎn)生摩擦力,并在驅(qū)動滾筒作用下,帶動輸送帶連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),從而達(dá)到將物料從輸送帶的一端輸送到另一端,實(shí)現(xiàn)物料的運(yùn)輸。由于帶式輸送機(jī)的托輥在運(yùn)行中會出現(xiàn)輥皮中間位置斷裂或者變形嚴(yán)重的失效形式[5],本文對托輥結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),選擇在托輥的輥皮中間位置焊接圓環(huán)來減小跨度,并對比分析改進(jìn)前和改進(jìn)后輥皮位移和軸向位移分布的變化情況,進(jìn)而提升帶式輸送機(jī)的工作性能。

        1 帶式輸送機(jī)托輥結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

        托輥為礦用帶式輸送機(jī)中重要的支撐輸送帶、物料的部件,還可有效降低運(yùn)行中輸送帶的阻力,保證輸送帶的垂度始終在合理范圍內(nèi),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)輸送帶的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。帶式輸送機(jī)托輥組成部件有輥皮、軸、軸承座、密封裝置以及軸承等,其中,輥皮是與軸承座焊接連接在一起的,種類有無縫和焊接鋼管兩種;托輥軸的兩端是采用托輥支架支撐固定,發(fā)揮著支撐托輥?zhàn)灾睾臀锪系淖饔?;托輥軸承通常采用滾動軸承,目前又出現(xiàn)了專用軸承和游隙軸承,這些種類更能夠大幅提高軸承的使用壽命;軸承座中有鑄造和沖壓式兩種,而沖壓式結(jié)構(gòu)因其重量小、價(jià)格低等特點(diǎn),已經(jīng)成為目前應(yīng)用的首選;密封裝置有迷宮式、接觸式和組合式,其中迷宮式結(jié)構(gòu)工作可靠、防塵效果好、阻力小[6]。帶式輸送機(jī)托輥的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

        圖1 帶式輸送機(jī)托輥的結(jié)構(gòu)

        由于帶式輸送機(jī)在生產(chǎn)中,經(jīng)常會出現(xiàn)托輥的輥皮因變形大而失效,或者中間位置斷裂等現(xiàn)象,不僅會加劇輸送帶的磨損,還會使輸送帶跑偏,甚至造成輸送機(jī)的停機(jī)故障。有研究[7]表明,托輥?zhàn)畲蟮刃?yīng)力、最大變形的區(qū)域都發(fā)生在輥皮中間位置,因此,為降低對輥皮影響,需對托輥結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。經(jīng)相關(guān)文獻(xiàn)[8]研究發(fā)現(xiàn),通過減小輥皮的跨度值,就可減小最大應(yīng)力值和最大撓度值,進(jìn)而降低對輥皮的影響。所以,本文提出采用減小輥皮跨度值的方法來對托輥進(jìn)行設(shè)計(jì),具體是在輥皮的中間位置焊接一個圓環(huán),以此來減小輥皮的跨度值。

        2 帶式輸送機(jī)托輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的性能對比分析

        為確定增加焊接圓環(huán)后,帶式輸送機(jī)托輥的最大應(yīng)力和最大變形是否減小,本文對比分析優(yōu)化前后帶式輸送機(jī)托輥結(jié)構(gòu)的輥皮位移和軸向位移分布的變化情況,進(jìn)而確定托輥的強(qiáng)度和剛度是否滿足要求。

        對帶式輸送機(jī)托輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后的輥皮位移進(jìn)行分析,分別得到下頁圖2和圖3所示的變化曲線。從圖2中可看出,優(yōu)化前,輥皮的最大位移大小是0.165 mm,最大位移值在托輥輥皮的中間位置;輥皮的最小位移大小是2.63×10-3mm。本文依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13793—2008可知,托輥輥皮的許用變形[9]是:

        圖2 優(yōu)化前的帶式輸送機(jī)輥皮位移(m)變化圖

        圖3 優(yōu)化后的帶式輸送機(jī)輥皮位移(m)變化圖

        式中:[y]為許用變形;L1為輥皮長度,取465 mm。因此,輥皮的許用變形[y]=0.5×465/1 000=0.232 5 mm,大于本文中輥皮的最大變形0.165 mm,盡管優(yōu)化前托輥輥皮的剛度也符合要求,但是還是存在很大的保留。

        從圖3中可看出,優(yōu)化托輥結(jié)構(gòu)后,輥皮上的最大位移大小同樣也位于增加輥皮端面和圓環(huán)的中間位置處,大小是6.58×10-2mm,相比于托輥優(yōu)化前圖2中的最大位移大小1.65×10-1mm,減小了60.1%,降低的幅度明顯比較大。優(yōu)化后,降低輥皮的位移值對帶式輸送機(jī)托輥的運(yùn)行有著重要的意義,不僅能有效地降低托輥運(yùn)行過程中出現(xiàn)的徑向跳動,還可緩解因托輥的橫向激勵振動對輸送帶的影響[10],防止出現(xiàn)輸送帶跑偏的現(xiàn)象,從而保證托輥在工作中的正常平穩(wěn)運(yùn)行。

        為進(jìn)一步研究增加焊接圓環(huán)后,托輥輥皮上的位移分布情形,本文選取帶式輸送機(jī)輥皮上表面的中線,也就是經(jīng)過最大位移點(diǎn)的直線,分別得到托輥結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后輥皮位移分布的曲線圖,如圖4和圖5所示。

        從圖4中可看出,未改進(jìn)托輥結(jié)構(gòu)前,帶式輸送機(jī)輥皮上的軸向位移分布呈現(xiàn)出如下的變化規(guī)律:從兩端到中間位置,位移大小不斷增大,且在中間位置,位移大小達(dá)到最大值。

        圖4 優(yōu)化前的帶式輸送機(jī)輥皮軸向位移分布曲線圖

        圖5 優(yōu)化后的帶式輸送機(jī)輥皮軸向位移分布曲線圖

        從圖5可以看出,在輥皮上焊接一個圓環(huán)后,輥皮沿軸向也就是圓環(huán)兩側(cè)的位移分布呈現(xiàn)出對稱的分布規(guī)律。具體分布情形是:位于輥皮端面初始位置,位移大小不斷增大,到輥皮端面和圓環(huán)的中間位置,位移大小達(dá)到峰值,隨后又逐漸減小,到達(dá)圓環(huán)位置處,位移大小減小至最小值。由此可見,焊接一個圓環(huán)后,可大幅提升帶式輸送機(jī)輥皮的性能。對比圖4和圖5還可看出,對托輥結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化后,輥皮上同一位置處的位移大小大幅減小,同時,相比于優(yōu)化前,位移分布更加均勻,能夠大幅提升帶式輸送機(jī)輥皮的性能。

        3 結(jié)論

        為降低帶式輸送機(jī)托輥運(yùn)行中的故障,進(jìn)而保證輸送機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。本文對托輥結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),選擇在托輥輥皮的中間位置焊接圓環(huán)來減小跨度,并對比分析改進(jìn)前和改進(jìn)后輥皮位移和軸向位移分布的變化情況,結(jié)論是:

        1)改進(jìn)前后,托輥輥皮的最大變形均位于中間位置,但是增加焊接圓環(huán)后,能夠明顯降低輥皮的位移變形值,從而保證托輥的正常平穩(wěn)運(yùn)行。

        2)改進(jìn)后,托輥輥皮上同一位置處的軸向位移分布值大幅減小,且位移分布更加均勻,大幅提升了托輥輥皮的性能。

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