托輥組支架的改進(jìn)設(shè)計

徐 丹，張宏敏，王 洋

北方重工輸送設(shè)備分公司，遼寧 沈陽 110411

據(jù)統(tǒng)計資料分析，產(chǎn)品成本的70%～80%是由事前成本所決定的，設(shè)計上的節(jié)約是最大的節(jié)約。設(shè)計人員大多是技術(shù)專業(yè)出身，很少學(xué)習(xí)經(jīng)濟(jì)管理知識，缺乏系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)觀念，因而在產(chǎn)品設(shè)計中，往往從技術(shù)上考慮較多，而較少考慮產(chǎn)品的總成本。不同程度上存在“系數(shù)大安全點(diǎn)，重量重可靠點(diǎn)，體積大穩(wěn)妥點(diǎn)”，以及“材質(zhì)好點(diǎn)，精度高點(diǎn)，配合嚴(yán)緊點(diǎn)”等等的想法，致使設(shè)計出來的產(chǎn)品或多或少的存在一些不必要的功能或過剩功能而造成產(chǎn)品成本提高，給企業(yè)造成浪費(fèi)。

帶式輸送機(jī)的生產(chǎn)和使用在我國已有幾十年的歷史，是定型產(chǎn)品，許多部件都有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，幾十年如此。例如，托輥組支架，其中主要件——橫梁，其傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中是采用角鋼制作（帶寬大于1400mm的也有采用無縫鋼管的），但是，通過對托輥組支架的詳細(xì)受力分析計算以及對幾種型鋼截面力學(xué)性能進(jìn)行認(rèn)真對比，覺得采用角鋼或無縫鋼管做托輥組支架的橫梁并不十分合理。

下面以北方重工輸送設(shè)備分公司某項(xiàng)目為例，對托輥組支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，簡要介紹如下：

帶寬 B=1600mm、機(jī)長LH =2400余m、運(yùn)量Q=3500 t/h、帶速 V=4.2 m/s、膠帶 ST2500，上托輥組間距ao =1.5m，托輥組結(jié)構(gòu)見下面簡圖：

托輥組結(jié)構(gòu)簡圖

1 托輥組橫梁受力分析（正常運(yùn)行工況）

式中：q0為每組托輥上的膠帶重：q0=1.5×65.6 = 98.4 kgf；

qG為每組托輥上的物料重： q = 1.5×232×1.16=403.7kgf；（考慮了沖擊系數(shù)φ0 =Ca·V2 +1=0.159+1=1.16）

q為每組托輥上的托輥重：qG=3×21.5=64.5 kgf

為提高安全度，考慮振動等因素，再考慮動載荷系數(shù)K，取K=1.4

橫梁受力簡圖

經(jīng)計算得：垂直載荷F1=378.3 Kgf

最大彎距Mmax= F1·L2=378.3×0.615=232.6 kg·m=23263kg·cm

根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求，橫梁要滿足剛度條件，最大撓度：

根據(jù)這一條件，可選用的型材有以下幾種選擇：

1）傳統(tǒng)設(shè)計；

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

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

2）改進(jìn)設(shè)計 ：[10，J=198.3cm4，W=39.66cm3，G0=10kg/m

2 強(qiáng)度較核

該橫梁中應(yīng)力主要是由彎矩引起的：δ=Mmax/W

選用不同型材，其中最大應(yīng)力也是不同的，分別計算如下：

1）L125×10：δ=23263/30.62=760kg/cm2；

2）鋼管 φ95×6：δ=23263/35.15=662kg/cm2；

3）[10：δ=23263/39.66=587kg/cm2。

從上面的計算結(jié)果中看出，無論是剛度還是強(qiáng)度，選用[10是最可靠的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于L125×10和鋼管φ95×6。

3 經(jīng)濟(jì)上的比較

1）L125×10，市場價4800元/t，折合92元/m；

2）鋼管φ95×6，市場價6400元/t，折合84.3元/m；

3）[10，市場價4800元/t，折合48元/m。

可見，改進(jìn)后的設(shè)計，不僅性能優(yōu)于原設(shè)計，而且材料費(fèi)用僅為傳統(tǒng)設(shè)計的50%左右。使用實(shí)踐證明，這一改進(jìn)設(shè)計是合理的，成功的。

對于這項(xiàng)改進(jìn)設(shè)計需要注意一點(diǎn)，就是中間輥支點(diǎn)前后位置的確定是應(yīng)認(rèn)真分析計算的。支架橫梁受力主要是垂直方向的載荷，如在上述例子中此值幾乎達(dá)到800kg，在水平方向上受力很小，僅僅是托輥組對膠帶的摩擦阻力，約2%～3%，在此例中也就是16kg～24kg。但是這個力會使橫梁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。然而，無論是角鋼還是槽鋼，薄壁型開口截面抗扭性能不是很好，因而在設(shè)計中要充分重視這一點(diǎn)，應(yīng)做精細(xì)計算，使外載荷盡量通過槽鋼的“彎曲中心”，使橫梁只受“純彎”，而避免“彎、扭”聯(lián)合作用。

對于大帶寬，大輥徑，高帶速等不利情形，由于托輥偏心，高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心力，使托輥支架產(chǎn)生顫動，支架橫梁如果是槽鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮槽鋼開口方向的補(bǔ)強(qiáng)措施，消除橫向顫動。

更新、提高、改進(jìn)設(shè)計尚有許多工作需要我們?nèi)プ觯爻梢?guī)是不可取的。我們需要不斷學(xué)習(xí)，開動腦筋，運(yùn)用所掌握的知識，通過創(chuàng)造性的勞動，真正做到技術(shù)與經(jīng)濟(jì)結(jié)合，質(zhì)量與成本結(jié)合，用戶要求與企業(yè)利益結(jié)合，以求最大限度地提升產(chǎn)品“價值”，提高產(chǎn)品的市場競爭力。

[1]機(jī)械工業(yè)部北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所編.DTII型固定式帶式輸送機(jī)設(shè)計選用手冊[S].冶金工業(yè)出版社.

[2]成大先主編.機(jī)械設(shè)計手冊[S].化學(xué)工業(yè)出版社.