印度SASAN 14.2km越野皮帶機水平轉(zhuǎn)彎段承載托輥支架ANSYS分析

鄭科偉1張曉俠王玉芳

（1.沈陽施道克電力設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽 110027；2.沈陽皆愛喜輸送設(shè)備有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110141）

印度SASAN 14.2km越野皮帶機水平轉(zhuǎn)彎段承載托輥支架ANSYS分析

鄭科偉1張曉俠2王玉芳2

（1.沈陽施道克電力設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽 110027；2.沈陽皆愛喜輸送設(shè)備有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110141）

本文詳細介紹了14.2KM越野皮帶機水平轉(zhuǎn)彎段承載托輥支架的結(jié)構(gòu)，對支架材料特性及設(shè)計指標(biāo)進行探討，對托輥支架有限元分析的力學(xué)模型進行了研究。

SASAN；越野皮帶機；水平轉(zhuǎn)彎段承載托輥支架；ANSYS

1 前言

托輥是帶式輸送機的主要部件，作用是支撐輸送帶，減少阻力，保證輸送帶正常運行。托輥總重量占皮帶機總重30%-40%，因此托輥好壞直接影響皮帶輸送機運行和運營費用。托輥按用途不同分為普通承載托輥和專用托輥。普通承載托輥是在正常段的上分支和下分支托輥，作用是支撐輸送帶和物料；專用托輥作用是輸送帶的過渡導(dǎo)向、輸送帶運行的防偏及緩沖。托輥都是成組地安裝在輸送機上。上托輥組可由單個托輥和兩個、三個托輥槽型托輥組。槽型托輥組中間托輥水平布置，側(cè)托輥的槽角一般為35°和45°。最常用的托輥組是三個托輥的長度相等并布置在同一平面內(nèi)。SASAN 14.2km越野皮帶機項目是印度Reliance公司用在SASAN超巨型電站項目中，由煤礦區(qū)向電廠區(qū)輸送原料的唯一一條輸煤長距離皮帶輸送機。項目簡介如下：（1）輸送距離14.08km、輸送量4500t/h、帶度1.8m、驅(qū)動功率4×1700kW。皮帶機沿線全部是鋼結(jié)構(gòu)通廊。（2）皮帶機要跨躍兩座橋梁，一處675m，一處736m，共1411m。每座橋墩跨距45m。（3）皮帶機要跨過16處靜空6m以上的路還有幾十條小路。（4）沿途有16處高低壓輸電線網(wǎng)。（5）上托輥間距是2m，下托輥間距是4m。（6）機頭在業(yè)主的一個料倉上，機尾與Reliance公司另一個項目聯(lián)接。作為連接礦山和電廠唯一輸煤線路，此條皮帶機很重要。而要確保此皮帶機正常運轉(zhuǎn)，托輥設(shè)計是重中之重，托輥好壞直接決定項目成功與否，支撐托輥的支架合理設(shè)計是難點也是重點，由于托輥間距大、運量高、皮帶重量大對托輥支架剛度和強度要求更高，所以托輥支架的強度和剛度校核是托輥支架的設(shè)計重點。在設(shè)計中采用ANSYS對此項目中的托輥支架進行剛度和強度分析。ANSYS軟件是世界增長最快的CAE軟件，在航天、汽車、機械等領(lǐng)域內(nèi)有廣泛應(yīng)用。可以對包括、熱、電、流體和結(jié)構(gòu)等諸多模型進行分析求解，為解決復(fù)雜、龐大工程項目和致力于高水平科研攻關(guān)提供優(yōu)良工作環(huán)境。

2 14.2KM用水平段托輥支架的結(jié)構(gòu)

14.2 km用水平轉(zhuǎn)彎段托輥支架與正常皮帶機用托輥支架不同，結(jié)構(gòu)如圖1，托輥支架主體采用方鋼設(shè)計，為防止轉(zhuǎn)彎段撒料側(cè)輥槽角為45°。為方便調(diào)整托輥傾斜角度，將中間架設(shè)計為圓管，托輥支架與中間架連接處設(shè)計為兩個半圓管與中間架圓管夾緊，這樣可根據(jù)現(xiàn)場情況而調(diào)整托輥支架角度。橫輥和側(cè)輥并不在同一平面上，橫輥安裝在托輥支架的前面，而側(cè)輥安裝在托輥支架后面，這樣布置能減小托輥間距，防止因托輥輥子意外脫落而對輸送帶造成損壞。沿輸送機弧度方向設(shè)有擋輥，防止膠帶在水平轉(zhuǎn)彎處跑偏。

3 材料特性及設(shè)計指標(biāo)

托輥支架采用Q235B，彈性模量E為210Gpa，泊松系數(shù)為0.3，密度均為7.85×103kg/m3。這兩種鋼材的屈服應(yīng)力σs及破壞應(yīng)力σb如表1所示。

表1 鋼材的力學(xué)特性

設(shè)計指標(biāo)：Q235鋼材強度設(shè)計值：f=206 N/mm2；構(gòu)件變形許用值：1/500。

4 托輥支架有限元分析的力學(xué)模型

托輥支架由型鋼和鋼板焊接成的結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和受力情況，有限元分析時各桿件均等效為彈性板單元（SHELL63）。彈性板單元每個節(jié)點有6個自由度，即沿X、Y、Z軸移動和繞X、Y、Z 軸轉(zhuǎn)動。模型中節(jié)點的確定遵循如下原則：（1）托輥支架型材的連接點為模型的節(jié)點；（2）托輥支架型材與板的連接點或施力點為模型的節(jié)點。

5 約束因素

托輥支架通過下邊支撐板用螺栓與中間架聯(lián)接。有限元分析時將與中間架聯(lián)接點約束X、Y、Z三個方向的線位移。

6 載荷分析

圖1

圖2

托輥重量60.42kg、物料質(zhì)量223.2×2kg、膠帶重量75.6×2kg、支架自重73.3kg、運行阻力85.5N，考慮動載系數(shù)1.2。將上述載荷全部加載在托輥支撐點位置。

7 計算結(jié)果

ANSYS的計算結(jié)果如圖2，托輥支架受力最大點是在托輥橫梁拐點托輥支撐處，最大應(yīng)力為σ＝71Mpa，小于許用應(yīng)力，安全系數(shù)2.9。最大變形在橫梁中間，最大垂直撓度Δ=0.24mm，小于許用撓度。

結(jié)語

利用ANSYS建立的托輥支架有限元模型，滿足帶式輸送機托輥支架的計算精度要求。滿足托輥支架的剛度和強度的要求，修證了托輥支架的結(jié)構(gòu)和型材的選取，使其更合理，更具有經(jīng)濟性。

[1]皮帶運輸機下托輥支架改進[J].新疆鋼鐵，2003（04）.

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