【论文推荐】黄　伟等：考虑物料因素的圆管带式输送机直线段托辊接触力研究

作者

黄　伟¹,郭帅平^1,2,范星明¹,李学军¹,叶桂林³

作者单位

1. 湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室；2. 中国矿业大学江苏省矿山机电装备重点实验室；3. 泰富国际工程有限公司

研究背景

圆管带式输送机是一种新型环保高效的散料输送装备,广泛应用于矿业、冶金、化工、电力、港口等行业。

托辊接触力是圆管带式输送机托辊结构设计的关键因素,托辊接触力为输送带成形力、输送带重力与物料重力综合作用在托辊上产生的正压力的总和,若托辊接触力过大,托辊处于超载运行状态极易发生疲劳失效,而托辊接触力过小,说明设计时选取了较大安全系数,导致托辊质量设计过大以及材料的浪费。

同时,托辊接触力也是评估压陷阻力的一个重要参考依据,国外学者最早采用托辊与输送带接触区域产生的正压力,即托辊接触力来计算压陷阻力,故托辊接触力的研究是圆管带式输送机设计的关键因素。

工程设计中常根据物料、输送带质量与输送带成形力近似得到托辊组的接触力,基于托辊组接触力对单个托辊进行结构设计与强度校核,并对托辊组中6个不同位置托辊选取同一型号,该设计方法存在较大误差,且忽略了托辊组不同位置托辊接触力的差异,导致各托辊失效时间不一,故托辊接触力的设计还存在很大优化空间。

在输送带设计选型后,物料是托辊接触力计算需考虑的关键因素,物料主要由物料填充率与物料密度2个因素来影响托辊接触力的计算。圆管带式输送机运行时一般将物料填充率设计为75%,然而在运输时常需运输不同种类的物料,其密度不同导致同物料填充率下托辊接触力产生差异,若物料密度过大将造成圆管带式输送机的超载运行,此时需根据不同物料密度设计不同的物料填充率,使托辊处于正常运行状态。故考虑物料因素的托辊接触力研究对托辊设计极其重要。

摘要

托辊接触力是圆管带式输送机托辊结构设计的关键参数,工程设计中基于输送带成形力、物料与输送带重力近似计算托辊组接触力,并将其作为单个托辊接触力的设计依据,使托辊接触力误差较大。

为提高托辊接触力的计算精度,得到托辊接触力的计算方法,将托辊接触力分解为与物料重力、输送带成形力、输送带重力相关的3个分量,同时考虑托辊组中6个托辊的不同位置,分别研究各托辊接触力中3个分量,最终得到托辊接触力计算式。

以管径为150mm的圆管带式输送机直线段为研究对象,具体研究过程如下:

首先,研究了物料因素对托辊接触力的影响,基于有限元法建立了输送带-托辊动力学模型,考虑8组不同物料填充率下各托辊接触力的变化规律,分析得到各托辊承受物料重力的占比,当物料填充率大于50%时,下方两侧托辊承受33%~34%的物料重力,最下方托辊承受约60%的物料重力;其次,基于输送带-托辊动力学模型,分别考虑承载5组不同密度的物料,分析得到物料密度对托辊承受物料重力的占比影响较小,可忽略不计;基于上述物料因素分析,确定了托辊接触力中物料重力分量的计算式。

然后,研究了输送带重力、输送带成形力对托辊接触力的影响,分别建立了只考虑输送带成形力和只考虑输送带重力的2种输送带-托辊动力学模型,分析得到下方两侧托辊承受约32%的输送带重力,最下方托辊承受约70%的输送带重力;下方5个托辊受输送带成形力作用相近,最上方托辊受输送带成形力作用最大,约为下方5个托辊平均值的1.49倍。综合托辊接触力中3个分量,得到各托辊接触力的计算式。

最后,通过实验测试了不同物料填充率下的托辊接触力,验证了托辊接触力计算式,其计算精度较高。

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