帶式輸送機優化設計應用與案例分析

鄔磊

摘要：文章就膠帶機產品結構優化設計案例與應用做了具體分析。相較于傳統膠帶機設計方案，優化設計更能體現膠帶機設計的先進科技理念，實現膠帶機模塊化設計與互換性

關鍵詞：帶式輸送機;優化設計;應用與分析;案例分析

產品的設計過程本身就包含優化的概念。作為一項設計，不僅要求方案可行、合理，而且應該是某些指標達到最優的理想方案。優化設計在機械設計中的應用，既可以使方案在規定的設計要求下達到某些優化結果，又不必耗費過多的工作量。因此，產品設計、產品結構、生產工藝等的優化已經成為市場競爭的一種手段。

案例分析一：卸載架體優化設計;

按照以往的設計思路，卸載部由鋼結構卸載架體、滾筒、清掃器、護網主要結構件組成。按照傳統的設計思路，卸載架通常由左側架、右側架及連接橫梁采用螺栓連接組成。但卸載部滾筒往往需要向前延伸一定距離來滿足卸料、落料及膠帶機搭接等特殊要求。因此設計卸載架時就需要在角型架的結構基礎上增加安裝滾筒的加長座。滾筒及清掃器安裝于加長座上，滿足卸載部使用需求。

但是這種設計結構也存在一些弊端和不足：其一、側架全部采用焊接結構，單一側架過于笨重;在其制造的過程中增加工人的勞動強度，而且搬運困難;其二、由于傳統形式的卸載架外形尺寸大、重量大，造成井下運輸與安裝不便，對井下安裝空間要求較高;其三、運用這種結構形式的設計，卸載架的重心相對向滾筒安裝側偏移，在沒有安裝地腳螺栓的情況下，卸載架有側翻的可能性，因此在其庫存存放時有一定的危險性。由于上述傳統式卸載架所存在的弊端及不足，有必要對其進行優化設計。

目前，卸載部設計方案多采用分體式設計，將原有卸載架進行拆分多個相對獨立的單元，各單元之間運用螺栓相連接形成一個完整的卸載架（圖一）。從設計角度講，這種優化設計方案能夠簡化設計，可以將膠帶機模塊化設計思路應用其中。拋棄原有卸載滾筒軸承外置式方案，運用現有內置式滾筒搭配滾筒座可實現膠帶機滾筒的互換使用，提高滾筒的使用率及降低膠帶機成本，提升帶式輸送機的經濟性。從制造角度講，這種分體式設計可以大大降低鋼結構架的焊接難度。傳統卸載架基本上是由大量鋼板組焊而成，工人勞動強度大，而且整體焊接使得焊接變形、及焊接應力不可控。分體式設計中如斜撐梁及立柱均可采用型鋼進行焊接，單個結構件重量遠小于整體側架的重量，方便搬運與安裝，在井下的后續使用中也變得非常便利。即使在膠帶機全生命周期中，卸載架某一部位出現了銹蝕與損壞也可以方便更換與維修，為膠帶機使用方節約資金與時間。這種分體式優化設計充分利用了膠帶機的模塊化設計理念，使得卸載部最大限度的滿足了互換使用的要求。

案例分析二：膠帶機H架優化設計;

“H”型下托輥架是膠帶機中間架單元的重要組成部分。如果一部膠帶機結構復雜，帶面走向不規則就需要用到大量的非標“H”架對膠帶機高度進行調整。按照傳統設計，參照整機的設計布局方案逐個單獨設計“H”架，通過改變架體高度實現膠帶機高低段及變坡點的過渡。就設計而言，設計任務相對冗繁產品開發效率低，產品模塊化缺失。生產制造方面，“H”架是依據設計高度單架制造，不利于工廠批量生產，而且成本不好控制。井下安裝膠帶機過渡段時，“H”架應按照其高度依次遞增或遞減安裝，遇到變坡點時安裝難度提高、容錯率低不利于膠帶機快速安裝;按照以往設計，“H”架支腿均采用槽鋼，為滿足強度要求，槽鋼選型較大，“H”架整體重量大不利于井下搬運，工人勞動強度大。

相對于常規固定、可伸縮帶式輸送機所使用的普通碳鋼“H”架，通過優化設計，新型“H”架具有可實現高度可調、產品設計制造模塊化、重復利用率高、輕便簡潔等特性。

新型可調“H”架在原有設計基礎上增加了可調節支腿與支撐底座（見圖二），運用這種結構設計可以大幅減少膠帶機非標“H”架的設計與使用，徹底克服了膠帶機非標“H”架難以重復利用的問題。從設計思路上與工業模塊化的設計理念完美契合，將原有設計拆分為多個獨立的設計模塊，簡化設計，在其設計基礎上可衍生多個產品系列，于產品創新、更新換代有大幅提升。調高方式革命性變革。摒棄過去“一架一高度”，按圖紙順序安裝的方式。現有架體通過調整“H”架與調高支腿的連接高度，從而實現膠帶機過渡段及變坡點“H”架的標準化設計，實現膠帶機快速安裝、大幅節約煤炭生產前期準備時間。輕量化，膠帶機整體重量降低。架體全部采用新型不銹鋼材質，不銹鋼屈服強度可達460MPa，對比普通碳鋼強度提升近30%。在強度不低于原有的情況下，截面面積有效降低相比同類整體降重可達40%，單人即可搬運，產生的經濟效益及人文意義巨大。耐腐蝕性及表面處理：舊式鋼結構為表面噴砂后涂漆，遇井下腐蝕性液體侵蝕后銹蝕嚴重，影響使用壽命。采用不銹鋼后，耐腐蝕能力大幅提高，壽命折算經濟效益有所提高，且可免去噴砂涂漆這一環節，具有一定的環保意義。可大批量制造。對于工廠節約成本，節能減排，提高生產效率，降低工人勞動強度，提升經濟效益有重要意義。

總結：利用膠帶機優化設計的技術手段使得膠帶機產品也可實現工業產品模塊化。隨著更多新科技、新技術的發明與創造，膠帶機也向著智能化、無人化的方向邁進。

參考文獻：

[1]白順清.機械優化設計[M].機械工業出版社.2017.