托辊组支架的改进设计

摘要 带式输送机的许多部件是定型产品，几十年如此，但是通过分析对比，有些型材的选择不尽合理，本文主要介绍了托辊组支架的横梁的改进设计。

关键词 带式输送机；托辊组支架；横梁

中图分类号TH22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）44-0109-02

Improve Design for Idler Frame

XU Dan，ZHANG HongMin，WANG Yang

Northern Heavy Industries Group Transportation Equipment Branch

Abstract General components of belt conveyor are definitive for many years, according to analyse and contrast, not all section steel for the components are suitable. It introduce rationalize design for idler frame in this article.

Keywords Belt conveyor；idler frame；beam

据统计资料分析，产品成本的70%~80%是由事前成本所决定的，设计上的节约是最大的节约。设计人员大多是技术专业出身，很少学习经济管理知识，缺乏系统的经济观念，因而在产品设计中，往往从技术上考虑较多，而较少考虑产品的总成本。不同程度上存在“系数大安全点，重量重可靠点，体积大稳妥点”，以及“材质好点，精度高点，配合严紧点”等等的想法，致使设计出来的产品或多或少的存在一些不必要的功能或过剩功能而造成产品成本提高，给企业造成浪费。

带式输送机的生产和使用在我国已有几十年的历史，是定型产品，许多部件都有传统结构，几十年如此。例如，托辊组支架，其中主要件――横梁，其传统结构中是采用角钢制作（带宽大于1 400mm的也有采用无缝钢管的），但是，通过对托辊组支架的详细受力分析计算以及对几种型钢截面力学性能进行认真对比，觉得采用角钢或无缝钢管做托辊组支架的横梁并不十分合理。

下面以北方重工输送设备分公司某项目为例，对托辊组支架结构进行改进设计，简要介绍如下：

带宽 B=1 600mm、机长LH =2 400余m、运量Q=3 500 t/h、带速 V=4.2 m/s、胶带 ST2500，上托辊组间距ao =1.5m，托辊组结构见下面简图：

托辊组结构简图

1 托辊组横梁受力分析（正常运行工况）

=qB + qG + q

式中：q0为每组托辊上的胶带重：q0 =1.5×65.6 = 98.4 kgf；

qG为每组托辊上的物料重： q = 1.5×232×1.16=403.7kgf；（考虑了冲击系数φ0=Ca・V2 +1=0.159+1=1.16）

q为每组托辊上的托辊重：qG =3×21.5=64.5 kgf

为提高安全度，考虑振动等因素，再考虑动载荷系数K，取K=1.4

则：qB’=1.4×98.4 = 137.8kgf；

qG’=1.4×403.7= 565.2kgf；

横梁受力简图

经计算得：垂直载荷F1 =378.3 Kgf

最大弯距Mmax = F1 ・L2 =378.3×0.615=232.6 kg・m=23 263kg・cm

根据有关规范要求，横梁要满足刚度条件，最大挠度：

根据这一条件，可选用的型材有以下几种选择：

1）传统设计；

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

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

2）改进设计：[10，J=198.3cm4，W=39.66cm3，G0=10kg/m

2 强度较核

该横梁中应力主要是由弯矩引起的：δ=Mmax/W

选用不同型材，其中最大应力也是不同的，分别计算如下：

1）L125×10：δ=23263/30.62=760kg/cm2；

2）钢管φ95×6：δ=23263/35.15=662kg/cm2；

3）[10：δ=23263/39.66=587kg/cm2。

从上面的计算结果中看出，无论是刚度还是强度，选用[10是最可靠的，远远好于L125×10和钢管φ95×6。

3 经济上的比较

1）L125×10，市场价4 800元/t，折合92元/m；

2）钢管φ95×6，市场价6 400元/t，折合84.3元/m；

3）[10，市场价4 800元/t，折合48元/m。

可见，改进后的设计，不仅性能优于原设计，而且材料费用仅为传统设计的50%左右。使用实践证明，这一改进设计是合理的，成功的。

对于这项改进设计需要注意一点，就是中间辊支点前后位置的确定是应认真分析计算的。支架横梁受力主要是垂直方向的载荷，如在上述例子中此值几乎达到800kg，在水平方向上受力很小，仅仅是托辊组对胶带的摩擦阻力，约2％~3%，在此例中也就是16kg~24kg。但是这个力会使横梁产生扭转。然而，无论是角钢还是槽钢，薄壁型开口截面抗扭性能不是很好，因而在设计中要充分重视这一点，应做精细计算，使外载荷尽量通过槽钢的“弯曲中心”，使横梁只受“纯弯”，而避免“弯、扭”联合作用。

对于大带宽，大辊径，高带速等不利情形，由于托辊偏心，高速旋转时产生离心力，使托辊支架产生颤动，支架横梁如果是槽钢结构，应考虑槽钢开口方向的补强措施，消除横向颤动。

更新、提高、改进设计尚有许多工作需要我们去做，墨守成规是不可取的。我们需要不断学习，开动脑筋，运用所掌握的知识，通过创造性的劳动，真正做到技术与经济结合，质量与成本结合，用户要求与企业利益结合，以求最大限度地提升产品“价值”，提高产品的市场竞争力。

参考文献

[1]机械工业部北京起重运输机械研究所编.DTII型固定式带式输送机设计选用手册[S].冶金工业出版社.

[2]成大先主编.机械设计手册[S].化学工业出版社.

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”