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长距离带式输送机托辊结构设计及间距设计

2021-02-21郭孟涛

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为了提高长距离带式输送机运行的稳定性,针对托辊结构以及托辊间距进行研究。从承栽托辊间距、托辊间距分析和计算空载段托辊间距三方面进行计算,为提高托辊的布局奠定一定的理论基础。

引言

    带式输送机在工作期间通常保持连续运行状态,被广泛应用于众多工业领域,可以高效输送大量的散状物料,包括块形矿石、煤与细砂等,还可以传输成件物品。安装带式输送机时,需要对巷道拐点进行处理,因此较易发生撒料以及产生安全隐患。为克服上述问题需要根据各弧段达到的最小曲率半径,处理弧段中的所有中间架,由此实现对胶带的平稳控制,同时简化安装过程,提高制造效率。带式输送机已经成为当前煤矿行业最优传输设备,具备传输距离大、单次大量运输、可靠性高、自动控制的优势,这使得需要达到很高生产运输效率的煤矿系统普遍使用带式输送机来作为传输装置,并使带式输送机不断朝着机电一体化的方向发展,集成度持续提高。特别是近些年以来,运输距离与载荷都持续提高,因而开发出了具备更高运行效率的带式输送机,并被广泛用于矿山开采领域的物料运输、露天开采场等方面。

1 托辊结构设计

    在常规带式输送机的组成结构中,托辊占到了35%左右的重量比,其成本也占到了整体成本的近30%,能够对输送胶带发挥良好的支撑作用,确保输送胶带始终保持垂度状态,有效降低运行阻力,实现整机平稳运行的目标。考虑到带式传输机需要设置较多的托辊数,这使得托辊的品质和性能对带式输送机运行成本与可靠性都会产生明显影响。从图1中可以看到托辊的具体结构。

2 托辊间距设计

    现阶段,带式传输机的托辊距离可以经验数据得到,在长度方向上设置相同的托辊间距。采用这种方式可以极大地降低设计与加工难度,不过对于实际应用来说,还无法根据经验数据获得全部托辊间距,甚至设计形成的带式输送机不能满足正常运行要求。针对上述问题,需结合带式输送机的实际运行条件来优化托辊间距。

托辊内部结构示意图

1—筒体;2—轴;挡环;4—轴承;5—迷宫型内密封圈;

6—迷宫型外密封圈;7—内密封圈;8—外密封圈;9一外盖;

10—挡圈;11一轴承座

图1 托辊内部结构示意图

    2.1 计算承载托辊间距

    为有效降低系统运行过程中产生的阻力,需通过托辊使输送带处于合适的垂度范围内。本文通过对各部位张力分别进行计算的方式来确定托辊的合适间距,得到如图2所示的结果。

相邻托辊间输送带受力图

图2 相邻托辊间输送带受力图

    根据式(1)来计算得到承载段的张力:

承载段的张力

    式中:Smin为重段输送带最小张力,N;q为输送带线载荷,N/m;L为托辊距离,m;qd为输送带质量线密度,N/m;ymax为输送带下垂度最大值,m;β为输送机倾角。

    对式(1)进行简化可以得到:

公式

    进行实际设计时,当输送机各项运行参数都已知时,再利用“逐点计算法”得到带式输送机在承载段产生的最低张力。之后利用式(2)计算得到承载托辊支间的距离,获得理论计算的最大值。进行实际处理的过程中,还需对其他多种因素进行综合分析,由此得到承载托辊的最优间距。

    2.2 分析托辊间距

    2.2.1 物料特性对承载托辊间距的影响

    进行实际工程应用时,需要根据输送物料特性来静思园托辊的间距。通常可以将物料分成块状与松散颗粒两种类型,由于成块物料的块度和输送带的宽度B之间存在一定关系,可将其设置为0.3~0.56,当块度满足设计要求并且其重量超过25kg/块的时候,需将承载托辊的间距控制在运输长度的1/2以内,当输送块度满足要求而重量未超过25kg/块时,应将承载托辊的间距设定在1m。根据式(2)可以得到,对松散物料进行输送的过程中,托辊间距需要根据物料分布密度q进行计算,当q增大后,会引起托辊间距逐渐变小。

    2.2.2 托辊间距与输送带性质的关系

    由于托辊间距和输送带质量线密度qd之间属于反比关系,当输送带宽度较大时,应选择较小的间距。同时考虑到最小张力始终处于变化的状态,并不能将其作为托辊间距的关键影响因素。

    2.2.3 带式传输机倾角与托辊间距的关系

    通过分析式(2)可知,当输送机形成更大的向上倾角时,需设置更大的托辊间距。图1显示当托辊间距与下垂度保持恒定时,如果提高,需要形成更大的输送带悬垂角。为确保处于物料与输送带之间动摩擦角范围内,应降低输送带下垂度与托银间距。表现为随着向上运输倾角的提高,托辊间距也不断变小。

    2.3 计算空载段托辊间距

    带式输送机通过摩擦力实现传动过程,并利用下托辊来实现滚动支撑,根据以下公式进行计算:

公式

    式中:S'min为回空段的输送带最低张力,为1.06N;L'为托辊间距,m。

    把各参数代入后得到:

公式

    根据式(4)可知:随着传输带的质量增大,需减小下托辊的间距;当输送倾角提高后,需要适当降低回空段的托辊间距。这样可避免输送带回空段部分的下垂度处于限定范围之内,同时确保回空段的输送带具备一定的张力。

3 结语

    采用设置相同的托辊间距方式可以极大地降低设计与加工难度,但无法根据经验数据获得全部托辊间距,甚至设计形成的带式输送机有可能不能满足正常运行要求。本文的设计研究,仅仅对提高托辊的布局奠定一定的理论基础。

责任编辑:程玥
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