長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)托輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及間距設(shè)計(jì)

郭孟濤

（晉煤集團(tuán)金鼎煤機(jī)礦業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048006）

引言

帶式輸送機(jī)在工作期間通常保持連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，被廣泛應(yīng)用于眾多工業(yè)領(lǐng)域，可以高效輸送大量的散狀物料，包括塊形礦石、煤與細(xì)砂等，還可以傳輸成件物品[1-3]。安裝帶式輸送機(jī)時(shí)，需要對(duì)巷道拐點(diǎn)進(jìn)行處理，因此較易發(fā)生撒料以及產(chǎn)生安全隱患。為克服上述問(wèn)題需要根據(jù)各弧段達(dá)到的最小曲率半徑，處理弧段中的所有中間架，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)膠帶的平穩(wěn)控制，同時(shí)簡(jiǎn)化安裝過(guò)程，提高制造效率[4-5]。帶式輸送機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)前煤礦行業(yè)最優(yōu)傳輸設(shè)備，具備傳輸距離大、單次大量運(yùn)輸、可靠性高、自動(dòng)控制的優(yōu)勢(shì)，這使得需要達(dá)到很高生產(chǎn)運(yùn)輸效率的煤礦系統(tǒng)普遍使用帶式輸送機(jī)來(lái)作為傳輸裝置，并使帶式輸送機(jī)不斷朝著機(jī)電一體化的方向發(fā)展，集成度持續(xù)提高。特別是近些年以來(lái)，運(yùn)輸距離與載荷都持續(xù)提高，因而開發(fā)出了具備更高運(yùn)行效率的帶式輸送機(jī)，并被廣泛用于礦山開采領(lǐng)域的物料運(yùn)輸、露天開采場(chǎng)等方面[6-8]。

1 托輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在常規(guī)帶式輸送機(jī)的組成結(jié)構(gòu)中，托輥占到了35%左右的重量比，其成本也占到了整體成本的近30%，能夠?qū)斔湍z帶發(fā)揮良好的支撐作用，確保輸送膠帶始終保持垂度狀態(tài)，有效降低運(yùn)行阻力，實(shí)現(xiàn)整機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的目標(biāo)?？紤]到帶式傳輸機(jī)需要設(shè)置較多的托輥數(shù)，這使得托輥的品質(zhì)和性能對(duì)帶式輸送機(jī)運(yùn)行成本與可靠性都會(huì)產(chǎn)生明顯影響。從圖1中可以看到托輥的具體結(jié)構(gòu)。

2 托輥間距設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，帶式傳輸機(jī)的托輥距離可以經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到，在長(zhǎng)度方向上設(shè)置相同的托輥間距。采用這種方式可以極大地降低設(shè)計(jì)與加工難度，不過(guò)對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，還無(wú)法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得全部托輥間距，甚至設(shè)計(jì)形成的帶式輸送機(jī)不能滿足正常運(yùn)行要求。針對(duì)上述問(wèn)題，需結(jié)合帶式輸送機(jī)的實(shí)際運(yùn)行條件來(lái)優(yōu)化托輥間距。

圖1 托輥內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 計(jì)算承載托輥間距

為有效降低系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的阻力，需通過(guò)托輥使輸送帶處于合適的垂度范圍內(nèi)。本文通過(guò)對(duì)各部位張力分別進(jìn)行計(jì)算的方式來(lái)確定托輥的合適間距，得到如圖2 所示的結(jié)果。

圖2 相鄰?fù)休侀g輸送帶受力圖

根據(jù)式（1）來(lái)計(jì)算得到承載段的張力：

式中：Smin為重段輸送帶最小張力，N；q為輸送帶線載荷，N/m；L為托輥距離，m；qd為輸送帶質(zhì)量線密度，N/m；ymax為輸送帶下垂度最大值，m；β 為輸送機(jī)傾角。

對(duì)式（1）進(jìn)行簡(jiǎn)化可以得到：

進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)輸送機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)都已知時(shí)，再利用“逐點(diǎn)計(jì)算法”得到帶式輸送機(jī)在承載段產(chǎn)生的最低張力。之后利用式（2）計(jì)算得到承載托輥支間的距離，獲得理論計(jì)算的最大值。進(jìn)行實(shí)際處理的過(guò)程中，還需對(duì)其他多種因素進(jìn)行綜合分析，由此得到承載托輥的最優(yōu)間距。

2.2 分析托輥間距

2.2.1 物料特性對(duì)承載托輥間距的影響

進(jìn)行實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)輸送物料特性來(lái)靜思園托輥的間距。通?？梢詫⑽锪戏殖蓧K狀與松散顆粒兩種類型，由于成塊物料的塊度和輸送帶的寬度B之間存在一定關(guān)系，可將其設(shè)置為0.3～0.5B，當(dāng)塊度滿足設(shè)計(jì)要求并且其重量超過(guò)25 kg/塊的時(shí)候，需將承載托輥的間距控制在運(yùn)輸長(zhǎng)度的1/2 以內(nèi)，當(dāng)輸送塊度滿足要求而重量未超過(guò)25 kg/塊時(shí)，應(yīng)將承載托輥的間距設(shè)定在1 m。根據(jù)式（2）可以得到，對(duì)松散物料進(jìn)行輸送的過(guò)程中，托輥間距需要根據(jù)物料分布密度q進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)q增大后，會(huì)引起托輥間距逐漸變小。

2.2.2 托輥間距與輸送帶性質(zhì)的關(guān)系

由于托輥間距和輸送帶質(zhì)量線密度qd之間屬于反比關(guān)系，當(dāng)輸送帶寬度較大時(shí)，應(yīng)選擇較小的間距。同時(shí)考慮到最小張力始終處于變化的狀態(tài)，并不能將其作為托輥間距的關(guān)鍵影響因素。

2.2.3 帶式傳輸機(jī)傾角與托輥間距的關(guān)系

通過(guò)分析式（2）可知，當(dāng)輸送機(jī)形成更大的向上傾角時(shí)，需設(shè)置更大的托輥間距。圖1 顯示當(dāng)托輥間距與下垂度保持恒定時(shí)，如果提高，需要形成更大的輸送帶懸垂角。為確保處于物料與輸送帶之間動(dòng)摩擦角范圍內(nèi)，應(yīng)降低輸送帶下垂度與托輥間距。表現(xiàn)為隨著向上運(yùn)輸傾角的提高，托輥間距也不斷變小。

2.3 計(jì)算空載段托輥間距

帶式輸送機(jī)通過(guò)摩擦力實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)過(guò)程，并利用下托輥來(lái)實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)支撐，根據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算:

式中：S'min為回空段的輸送帶最低張力，為1.06 N；L'為托輥間距，m。

把各參數(shù)代入后得到：

根據(jù)式（4）可知：隨著傳輸帶的質(zhì)量增大，需減小下托輥的間距；當(dāng)輸送傾角提高后，需要適當(dāng)降低回空段的托輥間距。這樣可避免輸送帶回空段部分的下垂度處于限定范圍之內(nèi)，同時(shí)確?；乜斩蔚妮斔蛶Ь邆湟欢ǖ膹埩Α?/p>

3 結(jié)語(yǔ)

采用設(shè)置相同的托輥間距方式可以極大地降低設(shè)計(jì)與加工難度，但無(wú)法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得全部托輥間距，甚至設(shè)計(jì)形成的帶式輸送機(jī)有可能不能滿足正常運(yùn)行要求。本文的設(shè)計(jì)研究，僅僅對(duì)提高托輥的布局奠定一定的理論基礎(chǔ)。