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摘要：托辊是带式输送机支撑输送带和物料重量的关键部件，对其结构设计展开探讨具有十分重要的意义。本文通过对波状挡边带式输送机空载分支支撑托辊的现状展开分析，指出其不足，并设计了一种新型五星轮托辊，供有关需要参考。
关键词：波状挡边带式输送机；五星轮；托辊；结构设计
随着我国社会经济建设的发展，为适应特殊条件下的物料输送要求，各种特种带式输送机的应用也日益增加。其中，波状挡边带式输送机因适用于大倾角连续输送散装物料，运行平稳可靠等，得到了推广应用。同时，其空载分支支撑托辊的结构设计也越来越受重视。
1.波状挡边带式输送机空载分支支撑
波状挡边带式输送机中输送带的支撑装置在整条输送机系统中具有重要作用和意义，良好的支撑为输送机系统能够正常平稳的日常生产和运行提供了有力的保障，支撑系统一旦发生故障，整条输送机就会陷入瘫痪而导致停机停产，造成严重的经济损失。波状挡边带式输送机输送带的支撑与传统带式输送机输送带的支撑类似，但因为波状挡边的存在而又有所差异。
承载分支的托辊用来支撑波状挡边输送带的平面，故可采用传统带式输送机的托辊，托辊间距可随物料输送倾角的增大而增大。应注意受料处的托辊组间距要小一些。空载分支要对有波状挡边一面输送带进行支撑，所以其支撑形式应该不同于平面支撑。目前，大多数波状挡边带式输送机生产厂家和用户选用平托辊进行支撑。用平托辊支撑波状挡边的顶端，辊距约1m。也可以采用托轮支撑。此外，输送带两侧要设置立棍以避免带体跑偏。
2.空载分支托辊研究分析
2.1 平托辊支撑
现今绝大部分生产厂家使用传统带式输送机的平托辊对波状挡边输送带支撑，但平托辊支撑对该类型输送带尤其是对波状挡边有负面影响，致使其使用寿命明显缩短。例如某公司2006年新建了一条石灰生产线。该生产线采用了B650、B800 的2 台波状挡边带式输送机[3-4]。一条为石灰煅烧回转窑原料的输入设备，另一条为煅烧后成品的输出设备。然而生产运行不到60 天，波状挡边输送带就出现严重的拉毛、剥层、撕裂等状况。甚至不能正常生产，以致回转窑停产数日，造成了巨大的经济损失。
通过调查分析研究，原因主要存在于以下几方面：
(1)平托辊支撑不合理。波状挡边带式输送机空载分支平托辊支撑形式。波状挡边输送带是在传统输送带的板面上硫化黏结波状挡边和横隔板。在空载分支，依靠平托辊支持波状挡边下缘。因为波状挡边的受力面积小，致使单位面积受力大。在整条输送带的重力作用下，造成波状挡边刚性不足，导致挡边发生变形。
(2)平托辊直径过小。通常选用Φ98 规格托辊，由于输送带自重的影响易将波状挡边压成凹槽形。每经过一个空载托辊，波状挡边就受到一次压陷、变形。如此往复对波状挡边形成非常严重的损坏。
(3)空载分支辊距过大。间距过大时，两辊间输送带就会产生较大挠度。输送带通过托辊时导致波状挡边变形较大，发生“咬”辊的情况，如图1 所示。同时输送带也会产生强烈颤动，引起输送带的跑偏、撕裂等状况。所以，必须要对空载托辊加以优化设计。
图1 波状挡边输送带的破坏形式
2.2 复式托辊支撑
目前，在波状挡边输送带空载分支的支撑托辊中，复式托辊是较为理想的承载托辊。复式托辊的应用解决了挡边无法支撑的难题，改善了因波状挡边支撑整条输送带的重量而造成波状挡边严重磨损甚至撕裂和脱落的现象，在带宽较小的波状挡边输送带的支撑中发挥了非常重要的作用。
随着经济发展水平的不断提高，小带宽的波状挡边带式输送机已不能满足生产的需求，波状挡边输送带的向大带宽、大运量方向发展。然而带宽加大，由于波状挡边输送带的两挡边之间带有横隔板不便于对两挡边之间的区域进行支撑，即使采用复式托辊也只能支撑基带空边和波状挡边，导致基带刚度不足而造成输送带向中间凹陷。如图2 所示。造成挡边与复式托辊的基带压轮之间、横隔板与托辊之间等磨损严重，严重制约着整条输送带的正常运行。
1—基带；2—挡边；3—基带导向轮；4—挡边导向轮；5—横隔板；6—轮轴；7—托辊
图2 空载分支凸弧段胶带示意图
3.五星轮托辊结构设计
针对波状挡边带式输送机输送带支撑现状，结合平托辊和复式托辊的优缺点，本文设计了一种新型五星轮托辊，用于支撑空载分支的波状挡边输送带。由于复式托辊的支撑面只限于基带空边和波状挡边，其相对支撑面积较小。若波状挡边输送带较宽，会造成输送带中间部位在重力的作用下向下凹陷，而凹陷输送带又会在承载分支运行被平托辊托起而恢复原状。这样，输送带在交变作用力的作用下会加剧其损坏程度，降低输送带的使用寿命，所以必须增大托辊在输送带带面上的支撑面积。因此下面提出五星轮托辊结构设计方案。五星轮托辊支撑波状挡边输送带的机理同齿轮齿条啮合原理相似。波状挡边输送带相当于齿条，五星轮相当于齿轮，五星轮在横隔板带动下转动，而五星轮的两侧压轮在基带空边带动下运行。相邻横隔板距离ts=πm。五星轮直径D=mg。
为方便设计计算与校核，在此以某650 mm 带宽的波状挡边输送带为例进行分析。
输送量为80 t/h；带宽为650 mm，横隔板间距为308 mm；煤堆积密度ρ=0.85 t/m3；粒度A≤40 mm。
布置简图如图3 所示。
根据相关资料，650 mm 带宽波状挡边输送带各部分参数如表1 和图4 所示。
以挡边高H=160 mm，横隔板高h=150 mm，挡边宽Bl=80 mm，有效带宽Bf=300 mm，基带空边宽R=95 mm为例。五星轮参数：取五星轮齿数z=5，由相邻横隔板距离ts=πm、五星轮直径D=mz 得到五星轮直径D=490 mm。初选轮轴直径dl=50 mm。为了减少五星齿轮与波状挡边的内侧摩擦，五星轮轮齿的轴向宽度bl 应该比波状挡边输送带有效带宽稍小一些，取bl=280 mm。五星轮外侧的两个基带压轮的轴向宽度b2 可比基带外侧空边宽R 稍小，取b2=85 mm。中间五星轮结构尺寸如图5 所示：r1=25 mm，r2=15 mm，R1=245 mm。
星轮托辊整体结构材料初选Q235A 钢，材料的屈服强度σs=235 MPa，抗拉强度σb=375~500 MPa。基带压轮与轴之间轴承采用6310C4 系列深沟球轴承，轴承的额定动负载为62.0 kN，额定静负载为38.5 kN。
五星轮支撑结构如下页图6 所示。中间为五星轮结构，两侧为基带压轮，其基带压轮与轮轴之间分别装有滚动轴承，避免了基带压轮与五星轮因转速不同引起对轮轴产生附加扭矩，保证五星轮的正常运行。轮轴的两端由轴承座支撑（图中未画出。）
五星轮托辊的设计源于对复式托辊的改进，其优点在于：
(1)五星轮的设计改进了复式托辊无法支撑两挡边之间的输送带的局限，通过五星轮支撑基带中间带有横隔板的带体部分，解决了波状挡边输送带因波状挡边和横隔板而无法支撑的难题，极大地减少了空载分支输送带向中间凹陷的程度，改善输送带的运行状况，弥补了波状挡边输送带基带的横向刚度不足的缺陷，提高了输送带的整体稳定性。
图6 五星轮托辊
(2)两侧基带压轮与轮轴之间都装有轴承，这样的设计既能够支撑基带空边部分，又能杜绝因五星轮和基带压轮转速不同步而对轮轴造成附加扭矩，保护轮轴不受损坏。
(3)基带压轮与五星轮之间的空隙为波状挡边而设计，此间隙的大小由波状挡边的宽度而定，略大于挡边宽度，这样的设计能够起到减少输送带空载分支发生跑偏的现象，使输送带波状挡边沿着五星轮装置排列的线路运行，防止输送带发生严重跑偏而造成不良后果。
鉴于五星轮托辊的结构形式和运行状况，本论文所设计的五星轮托辊必须要与其他类型托辊（如平托辊、复式托辊等）混合间隔搭配使用。因为单一使用五星轮托辊可能会因五星轮支撑基带的原因造成输送带的波动或抖动，增加运行阻力，影响输送带的运行效率。
4.结语
综上所述，托辊是波状挡边带式输送机的重要部件之一，其结构设计的质量和合理性直接关系到输送带的寿命。因此，结合带式输送机的实际需求，合理设计其托辊结构十分必要。本文设计了一种五星轮托辊，该托辊适用于空载分支波状挡边输送带，对实际生产和研制具有一定的借鉴价值。
参考文献:
[1]杨豫龙.胶带输送机托辊拆卸与安装装置的研制[J].同煤科技,2018(01):34-36.
[2]王麒郦,刘富,张彦辉,李艳.基于TRIZ中科学效应的带式输送机托辊创新设计[J].北京印刷学院学报,2017,25(08):27-29+32.
[3]吴华春,任永武,余海涛,施梦瑶.一种带式输送机磁悬浮托辊的设计与研究[J].机械传动,2017,41(04):151-155.
论文作者:王廷华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/30
标签：输送带论文; 托辊论文; 波状论文; 基带论文; 横隔论文; 边带论文; 分支论文; 《防护工程》2018年第19期论文;