张碧丛华电重工股份有限公司北京
摘要：“品字形”托辊组的结构形式有效避免了长距离、大运量、大带宽带式输送机托辊组划伤胶带的现象，但托辊偏置造成托辊组受力不均衡，严重时出现“倒伏”现象。在已有“品字形”托辊组的基础上进行结构改进，优化托辊组受力条件，使得新型“品字形”下沉槽型托辊组质量轻、受力均衡、结构合理。
关键词：带式输送机；品字形；下沉；托辊组
中图分类号：TH文献标识码：B文章编号：-（）12--03
0概述作为成熟的散料输送设备，带式输送机零部件已形成标准形制，根据生产使用中出现的问题，形制进行了多次改版修订，演变成现在熟知的DTII（A）型[1]。在系统设计中，DTII（A）型带式输送机结构合理、制造简单，统一的标准大大简化了设计、制造流程，其形制被带式输送机行业广泛认同。在长距离、大运量、大带宽带式输送机的实际使用中，DTII（A）型带式输送机托辊组出现了磨损胶带的现象，这是由于托辊组的中辊与边辊之间存在缝隙，在大运量、长距离运输过程中胶带非工作面反复通过托辊缝隙造成的。在相同位置长期遭受挤压、划伤，使胶带磨出一道深沟，直至提前报废，不仅降低了输送系统的安全系数，也使用户使用成本增加。针对以上问题，年沈矿集团山普公司的陈富等人[2]提出了一种新型托辊组——“品字形”托辊组的结构理念，即将普通托辊组的中辊沿胶带运行的反方向偏置，边辊向托辊组垂直中心靠拢，使中辊与边辊沿胶带运行方向投影部分地重合，巧妙地解决了托辊组中辊与边辊之间的缝隙划伤胶带的问题。年，北方重工集团有限公司输送设备分公司的冯兴华等人[2]对比了“品字形”托辊组辊子、辊架的材料和质量等问题，认为“品字形”托辊组具有较好的应用市场前景。年，唐山矿山冶金机械厂的齐伟明等人[4]通过有限元受力分析，将“品字形”托辊组横梁改为圆管，使得新型前置前倾托辊组在相同受力条件下，结构更轻便，并在辊架边支柱槽处设置卡板，防止辊子脱落。
经过多个项目应用，“品字形”托辊组有效地避免了胶带划伤，延长了胶带使用寿命，但因为“品字形”托辊组中辊偏置，胶带在通过中辊与边辊成槽截面时存在微小的变形，致使这种新型托辊组所受到的胶带阻力较大；加上中辊偏置使重心偏移，胶带及物料重力对托辊组产生了倾覆力矩，致使部分“品字形”托辊组安装完使用时出现“倒伏”现象，严重影响了整个输送系统的生产运行。年，四川省自贡运输机械集团股份有限公司的龚欣荣[5]在原有“品字形”托辊组的基础上，降低托辊组重心，优化其结构刚性与稳定性，使得新型“品字形”托辊组受力表现更好，但重心偏移受力不均现象仍未彻底解决。
1新型托辊组结构形式针对现有“品字形”及前置前倾槽形托辊组受力状态不稳定情况，本文设计一种“品字形”下沉槽形托辊组，采用钢管“U”形架体，将无缝钢管加热，经弯管机弯至设计形状，将中支柱及边支柱分别焊接至“U”形架体的设计位置，将“U”形架整体下沉，并通过连接板与带式输送机中间架连接固定。此托辊架形式降低了托辊组整体重心，最大程度减小胶带摩擦阻力对托辊组的倾覆力矩。
在托辊布置方面，本文采用边辊前置，中辊后置的布置形式，这种形式托辊组重心基本保持不变；胶带及物料自重的约50%由中辊承载，胶带摩擦阻力产生的沿带式输送机运行方向向前的倾覆力矩，与中辊承受的胶带及物料自重产生的力矩相互抵消，将托辊组整体所受的力矩降到最低，保持托辊组受力状态的稳定性，避免托辊组出现“倒伏”现象。图1为“品字形”下沉槽形托辊组。
1.“U”形托辊架2.中支柱3.中辊4.边辊5.连接板6.边支柱图1“品字形”下沉托辊组装配示意图
2有限元分析1）模型建立本文选取托辊组适应带宽B=mm，45°槽形托辊组，辊子直径mm，中辊长mm、轴承型号4G，边辊长mm、轴承型号4G。采用相同的托辊架横梁及边支柱截面，并对“品字形”下沉槽形托辊组与原“品字形”托辊组进行建模,见图2。2）受力及约束条件根据带式输送机实际运行工况，对托辊组施加相应力，带式输送机运行工况如表1。中辊承受上部胶带及物料重力的50%，其余50%由两只边辊承受。简化受力模型，物料、胶带及中辊对托辊架中支柱的向下力为N，物料、胶带及边辊对托辊架中支柱的向下力为N，边支柱为N，托辊架受沿胶带运行方向的阻力为N。
（a）“品字形”下沉托辊组（b）原“品字形”托辊组图2托辊组三维图
托辊组连接板与中间架接触面设置固定约束，托辊架材料Q，零部件采用全局接触。根据模型尺寸及特征自动划分实体网格如图3。
（a）“品字形”下沉托辊架（b）原“品字形”托辊架图3托辊架网格划分
3）有限元分析结果本文使用SolidWorks软件进行实体建模，用自带的Simulation[6]模块进行有限元分析，应力图解如图4。排除建模产生的应力集中，其中“品字形”下沉槽形托辊组最大应力为65.6N/mm2，位置在边支柱筋板处；“品字形”槽形托辊组最大应力为75.2N/mm2，位置在横梁与连接板处。对比分析，两种托辊组应力均满足要求，但普通“品字形”托辊组受到了较大的扭矩，“品字形”下沉槽形托辊组情况较好，这是其结构重心较低决定的。相应地“品字形”下沉槽形托辊组质量为58.33kg，“品字形”槽形托辊组质量为66.64kg，“品字形”下沉槽形托辊组采用了较轻的结构设计从而达到了相近的应力水平，体现了“品字形”下沉槽形托辊组的优势。
3结语“品字形”下沉槽形托辊组已在黄骅港管廊一期项目（约14km）上应用，取得了较好的使用效果。在保证受力的条件下，单个托辊组减重约14%，有效避免了胶带划伤及托辊组倒伏等问题，因边辊及中辊采用不同方向偏置的布置形式，改善了胶带下垂度条件，因而项
（a）“品字形”下沉托辊架（b）原“品字形”托辊架图4托辊架应力图解
目将普通段托辊间距加大到2m，节省托辊组数量，降低投资。“品字形”下沉槽形托辊组以其特有的优势，正在不断完善其形制和系列产品，将会得到行业更加广泛的认可与应用。
参考文献[1]张尊敬,汪甦.DTII（A）型带式输送机设计手册[M].北京:冶金工业出版社,.[2]陈富,王丽丽.胶带运输机“品字形”托辊组的设计[C].第三届十省区市机械工程学会科技论坛暨黑龙江省机械工程学会年年会论文（摘要）集,.[3]冯兴华,胡冰,岳晓丹.浅谈胶带运输机新型托辊及托辊组的实际应用[J].中国新技术新产品,(8):3.[4]齐伟明,刘伟.前倾前置槽型托辊组[J].企业技术开发,,34(24):，.[5]龚欣荣.带式输送机托辊组:中国,U[P].-10-07.[6]DSSolidWorks公司.SolidWorksSimulation高级教程[M].北京:机械工业出版社,.