帶式轉載機機架的設計分析

馬希青，李 楊，劉丹丹，陳明輝

（河北工程大學 機電工程學院，河北 邯鄲 056038）

0 引言

帶式轉載機是與掘進機，帶式輸送機，車輛配套使用的一種運輸機械。掘進機和帶式輸送機通過聯接架聯接在一起，掘進機通過回轉機構機將割離的物料運到帶式輸送機上，帶式輸送機又物料運到了轉載系統，最后通過小車將物料運走，達到了轉載的目的[1]。帶式轉載機在煤炭行業是不可缺少的運輸機械，為確保煤炭能夠迅速、連續、多量的轉載與運輸提供了保障。①轉載機與其他運輸機械相比僅有膠帶、托輥、滾筒、驅動裝置等幾大部件、維修容易；②需要經常維修的主要是托輥。膠帶使用壽命長，磨損小，更換方便快捷；③運輸量大、動力消耗小。被輸送物料和膠帶之間沒有相對運動，運動只需克服托輥與膠帶之間的摩擦阻力，摩擦損耗小，與其他運輸機械相比，在同樣運量下，動力消耗小。同時，由于是連續運動，故運輸量大，能夠適應不同坡度的連續運輸工況。同時，還易于實行集中遙控，自動保護；④運費低廉。由于動力消耗小，運量大，用的管理人員少，單位運費就比較便宜。

該轉載機主要是用于露天煤場及露天工況下對于物料的運輸和轉載，當轉載機的機架在滿負載狀況下的時候，受自身機架的重力，物料的重力以及拉索對機架的拉力作用。為了保證在工作時轉載機機架所受的力以及變形最小，需要確定拉索在機架上的最佳位置。通過確定帶式轉載機拉索合理的吊點位置，從而達到帶式轉載機機架的受力，撓度合理，整機性能良好。

1 帶式轉載機架主要參數的確定

已知帶式轉載機的帶寬B 為1000mm；輸送量為600t/h，輸送物料為煤塊；選用電機型號為Y180M-2；機架采用材料為Q235 的（80×60×5）mm 槽鋼。機架自重P 為34259.232N。帶式轉載機的帶速為：

式中： Q—輸送量，取600t/h；B—輸送帶帶寬，取1m；k—斷面系數，k 與物料的動堆積角ρ 及帶寬B 有關，取k=400；γ—物料容量，取γ=1.3t/m3；c—傾角系數，取c=0.92；ξ—速度系數，取ξ=0.96。故：

物料的單位長度重力為：

式中： G—單位長度運送物料質量（N/m）；Q—輸送量，取600t/h；υ—帶速，取2.1m/s。

故單位長度運送物料質量為：

轉載機機架的靜載受力為：

式中： F—轉載機機架的靜載荷（N）；L—轉載機機架的長度（m）；P—轉載機機架的重力載荷（kg）。

故轉載機機架的靜載荷為：

F=LG+P=16×778+34259.232=46707.232N

2 拉索位置的確定

帶式轉載機工作時物料沿縱向是均勻分布的，所以將帶式轉載機機架的結構力學模型簡化為受均布載荷q的懸臂梁[3]。機架受到自身重力，支座反力Foy，Fox拉索的拉力F1，電機的壓力即電機的自重G，將物料壓力和梁的自重的力看作一個均布載荷q，然后以梁的左端支座處為o 點建立平面直角坐標系xoy 如圖1（a）所示。

圖1 機架受力分析圖

對梁受力分析如圖1（a）所示，其平衡方程：

由上式整理得：

由圖1（b）得OA 段的彎矩為：

機架所承受的重量以及應力變化受拉索吊點位置的影響。為了使拉索就與機架達到了合理的配置，就應該確切的得到拉索的位置。通過理論分析計算，過程十分繁瑣，為了快速準確的得到結果，可以借助于Matlab 軟件。設變量為x，建立目標函數為:

首先編寫目標函數的M 文件fmincono.m，返回x 處的函數值f。

Function f=myfun (x)；

f= (G+q.*L-L.*G+0.5.*q.*L.^2) .*x1./x-0.5.*q.* (x1.^2)；

然后設置線性約束的系數:

A= [1,0;-1,0;-1,1] ;

b= [16;-8;0]；

x0= [0;8]；

lb= [8,0]；

Ub= [16,x2]；

[x,fval] =fmincon (@fmincono,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options)

在Matlab 中運行后得到結果x=9，fval=9.5286e+004，所以當拉索吊點在圖1 所示x=9 時，得到彎矩的最小值95286N·m。

3 機架的校核

由拉索位置受力分析可得，在拉索的吊點（即機架的A-A 截面）處的彎矩值最小，此截面為梁的危險截面。以該截面為y 軸建立平面直角坐標系，對該截面受力分析如圖2 所示：

對截面右側進行分析，平衡方程如下：

根據方程（9）、（10）、（11）解方程組得：

F2=-79002.06N，F3=81962.27N，F4=318.28N

因為F3最大，此桿最先受到破壞，為梁的危險桿。承受的應力為：

圖2 危險截面的受力分析圖

圖3 矩形截面示意圖

已知所選鋼Q235 的許用應力為[4]，σ<[σ]。所以，此梁強度符合要求。

4 結論

（1）通過理論分析和借助于Matlab 軟件編程的方法可以方便快速的得到了單根拉索在轉載機架上的合理吊點位置。

（2）從分析可知當單拉索吊點位置在x=9 的位置的時候，所受應力與強度最小，從而使機架重量最輕。

[1] 溫建剛.大跨距帶式轉載機中間架截面的優選分析[J].煤炭工程，2010，1.

[2] 梁庚煌.運輸機械設計手冊[M].化學工業出版社，1983.

[3] 楊艷霞.大運量長運距帶式輸送機自移機尾基架主梁的設計[J].煤礦機械，2006.

[4] 聞邦椿.機械設計手冊（第五版）[M].機械工業出版社，2010.