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关于煤矿用带式输送机托辊选型分析

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：卢永恒

[导读] 摘要：关于可伸缩带式输送机在提高运输能力、带速时托辊直径的选型

        河南省新郑煤电有限责任公司河南省新郑市 450000
        摘要：关于可伸缩带式输送机在提高运输能力、带速时托辊直径的选型
        关键词：煤矿；输送机；托辊选型
        DSJ100/80/2×160型顺槽可伸缩带式输送机主要用于综采工作面下顺槽运输，其主要技术参数为：带宽1000mm，运量800t/h，带速2.5m/s，配套功率2×160kW。该机主要由固定部分和非固定部分组成。固定部分由机头部和贮带装置组成，非固定部分由中间部和机尾等组成。主要配置为：电动机功率：2×160kW，中间部分：φ75.5×4.5管架纵梁，上托辊：φ108×350挂钩式托辊组，下托辊：φ108×1150平行下托辊，上托辊间距：1.5米/组，下托辊间距：3米/组，张紧装置：液压自动张紧，胶带：PVG1250S橡胶面整芯阻燃输送带。
        为提高带式输送机的额定运输能力，提升至1200t/h，依据《运输机械设计选用手册（上）》P121页：带宽1000mm带速2.5 m/s时运量可达到1014 t/h，带速3.15 m/s时运量可达到1278t/h），需对应将带速提高到3.15 m/s，托辊增至φ133mm。
        关于中间部托辊φ108增加为φ133进行计算分析如下：
        A.辊子载荷计算（依据《新型带式输送机设计手册》（冶金工业出版社2001年2月第1版）P255-258公式及P218参数表）：
        带式输送机承载分支，回承分支托辊的选用取决于带宽、带速、托辊间距及辊子的静载荷、动载荷等各种参数，计算后按辊子承载能力进行校核。托辊寿命取决于轴承的失效寿命，因此托辊的承载能力与轴承寿命有关，选用时应按带速、输送机的生产能力确定载荷，然后按辊子的承载能力表，选择轴承。
        1、托辊静载荷计算

        式中 Po — 承载分支托辊静载荷，N；
        Pu — 回程分支托辊静载荷，N；
        e — 托辊载荷系数，取0.8；
        ao — 上托辊间距，m；
        Im — 输送能力，kg/s；
        v — 带速，m/s；
        qB — 每米输送带质量，kg /m；
        au — 下分支托辊间距，m。
        此处：ao=1.5m、Im=334 kg/s（即1200 t/h）、v=3.15 m/s、
        qB=19.6 kg /m、au = 3 m，经计算
        Po=1479N = 1.479kN     Pu = 462 N = 0.462kN
        2、托辊动载荷计算

        式中 Po＇ — 承载分支托辊动载荷，N；
        Pu＇ — 回程分支托辊动载荷，N；
        fs      — 运行系数，取1.2；
        fd   — 冲击系数，取1.14；
        fa   — 工况系数，取1.0；
        经计算

        计算后取静载荷、动载荷两者之中较大值来选取辊子，使其承载能力大于或等于计算值，这样就可保证辊子轴承寿命高于30000h，转角小于10＇。
        查P218参数表，上下托辊承载能力分别如下：
        上托辊φ108 {承载能力3.51}，φ133 {承载能力3.76}≥2.024 KN 均能满足；
        下托辊φ108 {承载能力1.18}，φ133 {承载能力1.12}≥0.555 KN均能满足。
        3、托辊的实际负荷计算

        式中 IQ — 托辊的实际负荷，N；
        qB — 输送带单位长度质量，kg/m；
        qG — 物料单位长度质量，kg/m；
        g — 重力加速度，m/s2；
        ao — 托辊间距，m；
        K1— 系数，根据物料块度选择；K1=1.0～1.4；
        K2— 系数，根据环境干湿程度选择；K2=1.0～1.15；
        K3— 系数，根据工作时间长短选择；K3=0.8～1.2；
        K4— 系数，根据带速快慢选择；K4=0.8～1.06；
        此处：qB =19.6 kg /m、qG =Q/3.6v=106 kg /m、ao =1.5 m、
        K1=1.4、K2=1.15、K3=1.2、K4=1.05，经计算
        IQ = 3750N
        综合以上静载荷、动载荷、托辊的实际负荷及托辊承载能力，选取φ133托辊，托辊轴承305。
        B.依据《带式输送机的传动理论与设计计算》（煤炭工业出版社1991年2月第1版）P61分析：
        托辊的直径与托辊的转数有关。带速一定时，托辊直径愈小，则转数愈大，振动愈大，如果产生共振则更严重。为了避免过大的振动，联邦德国克虏伯公司建议托辊转数ng≯600r/min。
        托辊直径d、带速v、托辊转数ng间有如下关系：

        由上式可见，当容许ng一定时，速度愈大，则托辊直径也应越大。
        如果把输送带看成张紧弹性绳，则输送带的自振频率为：

托辊的强迫振动频率为：

于是共振托辊直径为：

        式中：lt — 托辊间距，m；
        q — 物料线密度，kg/m；对于回空分支，取q=0；
        s — 胶带张力，N。
        此处：lt=1.5m、v=3.15m/s、s=54630N（依据带式输送机计算公式）、q= Q/3.6v=106 kg/m、qd=19.6 kg/m，则dt=0.144m（即144mm）。
        由以上计算可知，托辊应选用φ159，但考虑φ133托辊的适用性，可以通过调节上托辊间距来减小托辊直径选用φ133托辊。综上所述，托辊应选择φ133。
        c.依据《通用机械设计》（中国矿业大学出版社2003年6月第1版）P341托辊直径的选择：托辊直径的大小与带宽及被运送物料的松散比重和块度有关。被运物料的松散比重和块度越大，托辊的直径亦应越大。托辊直径增大，其重量也相应增大，但同时使胶带的运转条件改善，促使胶带的运行阻力系数减小。高速输送机用托辊的直径应适当增大，使托辊的转速和振动减小，以避免轴承过早地损坏，一般要把托辊的转速限制在450r/min～500r/min以内。
        参考文献：
        [1]《新型带式输送机设计手册》（冶金工业出版社2001年2月第1版）
        [2]《带式输送机的传动理论与设计计算》（煤炭工业出版社1991年2月第1版）
        [3]《通用机械设计》（中国矿业大学出版社2003年6月第1版）