托輥組支架的改進設(shè)計

徐 丹，張宏敏，王 洋

北方重工輸送設(shè)備分公司，遼寧 沈陽 110411

據(jù)統(tǒng)計資料分析，產(chǎn)品成本的70%～80%是由事前成本所決定的，設(shè)計上的節(jié)約是最大的節(jié)約。設(shè)計人員大多是技術(shù)專業(yè)出身，很少學習經(jīng)濟管理知識，缺乏系統(tǒng)的經(jīng)濟觀念，因而在產(chǎn)品設(shè)計中，往往從技術(shù)上考慮較多，而較少考慮產(chǎn)品的總成本。不同程度上存在“系數(shù)大安全點，重量重可靠點，體積大穩(wěn)妥點”，以及“材質(zhì)好點，精度高點，配合嚴緊點”等等的想法，致使設(shè)計出來的產(chǎn)品或多或少的存在一些不必要的功能或過剩功能而造成產(chǎn)品成本提高，給企業(yè)造成浪費。

帶式輸送機的生產(chǎn)和使用在我國已有幾十年的歷史，是定型產(chǎn)品，許多部件都有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，幾十年如此。例如，托輥組支架，其中主要件——橫梁，其傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中是采用角鋼制作（帶寬大于1400mm的也有采用無縫鋼管的），但是，通過對托輥組支架的詳細受力分析計算以及對幾種型鋼截面力學性能進行認真對比，覺得采用角鋼或無縫鋼管做托輥組支架的橫梁并不十分合理。

下面以北方重工輸送設(shè)備分公司某項目為例，對托輥組支架結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計，簡要介紹如下：

帶寬 B=1600mm、機長LH =2400余m、運量Q=3500 t/h、帶速 V=4.2 m/s、膠帶 ST2500，上托輥組間距ao =1.5m，托輥組結(jié)構(gòu)見下面簡圖：

托輥組結(jié)構(gòu)簡圖

1 托輥組橫梁受力分析（正常運行工況）

式中：q0為每組托輥上的膠帶重：q0=1.5×65.6 = 98.4 kgf；

qG為每組托輥上的物料重： q = 1.5×232×1.16=403.7kgf；（考慮了沖擊系數(shù)φ0 =Ca·V2 +1=0.159+1=1.16）

q為每組托輥上的托輥重：qG=3×21.5=64.5 kgf

為提高安全度，考慮振動等因素，再考慮動載荷系數(shù)K，取K=1.4

橫梁受力簡圖

經(jīng)計算得：垂直載荷F1=378.3 Kgf

最大彎距Mmax= F1·L2=378.3×0.615=232.6 kg·m=23263kg·cm

根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求，橫梁要滿足剛度條件，最大撓度：

根據(jù)這一條件，可選用的型材有以下幾種選擇：

1）傳統(tǒng)設(shè)計；

（1）L125×10，J=149.46cm4，W=30.62cm3，G0=19.133kg/m

（2）鋼管 φ95×6，J=167cm4，W=35.15cm3，G0=13.17kg/m

2）改進設(shè)計 ：[10，J=198.3cm4，W=39.66cm3，G0=10kg/m

2 強度較核

該橫梁中應(yīng)力主要是由彎矩引起的：δ=Mmax/W

選用不同型材，其中最大應(yīng)力也是不同的，分別計算如下：

1）L125×10：δ=23263/30.62=760kg/cm2；

2）鋼管 φ95×6：δ=23263/35.15=662kg/cm2；

3）[10：δ=23263/39.66=587kg/cm2。

從上面的計算結(jié)果中看出，無論是剛度還是強度，選用[10是最可靠的，遠遠好于L125×10和鋼管φ95×6。

3 經(jīng)濟上的比較

1）L125×10，市場價4800元/t，折合92元/m；

2）鋼管φ95×6，市場價6400元/t，折合84.3元/m；

3）[10，市場價4800元/t，折合48元/m。

可見，改進后的設(shè)計，不僅性能優(yōu)于原設(shè)計，而且材料費用僅為傳統(tǒng)設(shè)計的50%左右。使用實踐證明，這一改進設(shè)計是合理的，成功的。

對于這項改進設(shè)計需要注意一點，就是中間輥支點前后位置的確定是應(yīng)認真分析計算的。支架橫梁受力主要是垂直方向的載荷，如在上述例子中此值幾乎達到800kg，在水平方向上受力很小，僅僅是托輥組對膠帶的摩擦阻力，約2%～3%，在此例中也就是16kg～24kg。但是這個力會使橫梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。然而，無論是角鋼還是槽鋼，薄壁型開口截面抗扭性能不是很好，因而在設(shè)計中要充分重視這一點，應(yīng)做精細計算，使外載荷盡量通過槽鋼的“彎曲中心”，使橫梁只受“純彎”，而避免“彎、扭”聯(lián)合作用。

對于大帶寬，大輥徑，高帶速等不利情形，由于托輥偏心，高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力，使托輥支架產(chǎn)生顫動，支架橫梁如果是槽鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮槽鋼開口方向的補強措施，消除橫向顫動。

更新、提高、改進設(shè)計尚有許多工作需要我們?nèi)プ觯爻梢?guī)是不可取的。我們需要不斷學習，開動腦筋，運用所掌握的知識，通過創(chuàng)造性的勞動，真正做到技術(shù)與經(jīng)濟結(jié)合，質(zhì)量與成本結(jié)合，用戶要求與企業(yè)利益結(jié)合，以求最大限度地提升產(chǎn)品“價值”，提高產(chǎn)品的市場競爭力。

[1]機械工業(yè)部北京起重運輸機械研究所編.DTII型固定式帶式輸送機設(shè)計選用手冊[S].冶金工業(yè)出版社.

[2]成大先主編.機械設(shè)計手冊[S].化學工業(yè)出版社.