帶式輸送機H架安裝方法的實踐及其受力簡析

聶玉風 呂美麗

（山東龍鄆煤業(yè)有限公司，山東 菏澤 274718）

帶式輸送機是煤礦普遍使用的高效連續(xù)運輸設(shè)備，可實現(xiàn)水平運輸或傾斜運輸，也可多機組合成水平或傾斜的運輸系統(tǒng)來輸送物料，帶式輸送機的運輸長度，可以通過增加或減少機身中間部分的H架實現(xiàn)，H架結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，拆裝方便。帶式輸送機運行時，受其機身H架的結(jié)構(gòu)特點、承載物料及運行方向、安裝的地點巷道狀況影響，H架受力不平衡，容易引發(fā)H架傾倒，影響設(shè)備安全運輸。

1 帶式輸送機H架的物理力學原理簡析

帶式輸送機機身中間H架的安裝及構(gòu)件相互關(guān)系如圖1所示：H架的下托輥為直輥，用于承載底皮帶（空段）的運行；前后緊鄰的H架用縱梁連接，縱梁的上托輥為槽形三聯(lián)輥，用于承載頂皮帶（重段）和物料的運行。由于前后H架和縱梁的對稱性，故可取“單根H架+縱梁的二分之一”作為分析對象。力矩是改變轉(zhuǎn)動物體運動狀態(tài)的物理量，轉(zhuǎn)動物體的運動狀態(tài)和變化不僅與其受力的大小有關(guān)，還與受力的方向、力的作用點有關(guān)。在物理學中，作用在物體上的力都在同一平面內(nèi)，各力對轉(zhuǎn)軸的力矩只能使物體順時針轉(zhuǎn)動或逆時針轉(zhuǎn)動，這樣求幾個力矩的合力就簡化為代數(shù)運算。

圖1 H架分析元的選取

2 帶式輸送機水平運行狀態(tài)下的H架受力分析

如圖2，此時H架受力主要為各物的重力、前后縱梁的推力、頂?shù)灼н\行產(chǎn)生的摩擦力，由于作用在H架兩側(cè)的重力（G三聯(lián)輥、G頂皮帶、G物料、G縱梁/2）的代數(shù)和相抵消。故根據(jù)力矩平衡原理：

圖2 水平運行狀態(tài)下的H架受力分析

當直輥座位于①位置時，列式為：

式中：

當直輥座位于②位置時，列式為：

由于：丨F①丨＞丨F②丨

結(jié)論：帶式輸送機在水平巷道內(nèi)安裝使用時，為避免H架傾倒，按受力分析，應使H架的直輥朝向于②的位置，即底皮帶的運行方向。

3 帶式輸送機向上運行狀態(tài)下H架受力分析

帶式輸送機在向上運行狀態(tài)時，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定上行傾角不得大于16°，為便于模擬，假設(shè)上行傾角ɑ≤16°進行分析。

如圖3，此時H架受力主要為各物的重力、前后縱梁的推力、頂?shù)灼н\行產(chǎn)生的摩擦力。由于作用在H架兩側(cè)的重力（G三聯(lián)輥、G頂皮帶、G物料、G縱梁/2）的代數(shù)和相抵消。故根據(jù)力矩平衡原理：

圖3 上坡運行狀態(tài)下的H架受力分析

當直輥座位于①位置時，列式為：

式中：

我們?nèi)ˇ恋淖畲笾?6°代入公式：

F①=-209N （負號表示H架受力方向與頂皮帶運行方向相反）

當直輥座位于②位置時，列式為：

由于：丨F①丨＞丨F②丨

結(jié)論：帶式輸送機在巷道上山運輸時，按受力分析的結(jié)果，為避免H架傾倒，應使H架的直輥朝向于②的位置，即底皮帶的運行方向。

4 帶式輸送機向下運行狀態(tài)時H架受力分析

帶式輸送機在向下運行狀態(tài)下，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定下行傾角不得大于12°，為便于模擬，假設(shè)下行傾角ɑ≤12°進行分析。

圖4 下坡運行狀態(tài)下的H架受力分析

如圖4，此時H架受力主要為各物的重力、前后縱梁的推力、頂?shù)灼н\行產(chǎn)生的摩擦力。由于作用在H架兩側(cè)的重力（G三聯(lián)輥、G頂皮帶、G物料、G縱梁/2）的代數(shù)和相抵消。故根據(jù)力矩平衡原理：

當直輥座位于①位置時，列式為：

式中：

我們?nèi)ˇ恋淖畲笾?2°代入公式：

F①=-209N （負號表示H架受力方向與頂皮帶運行方向相反）

當直輥座位于②位置時，列式為：

由于：丨F①丨＞丨F②丨

帶式輸送機在巷道下山運輸時，按受力分析的結(jié)果，為避免H架傾倒，應使H架的直輥朝向于②的位置，即底皮帶的運行方向。

5 理論分析與現(xiàn)場應用存在差異的原因探討

通過膠帶輸送機在三種安裝情況下的受力分析，我們得出了無論在水平或上、下山運輸時，H架安裝時都應該將直輥朝向底皮帶的運行方向，H架的安裝角度為水平垂直。

輸送機在完全的平巷安裝使用過程中，實踐證明H架只能垂直底板安裝，H架直輥的朝向?qū)τ绊慔架傾斜沒有太大的影響，原因在于H架上安裝直輥的懸臂很短，產(chǎn)生的影響H架傾倒的力很小。而在輸送機上、下山安裝使用的現(xiàn)場實際應用中，在遵循受力分析指導的安裝方法時，卻出現(xiàn)了H架傾倒的情況，且運輸坡度越大傾倒的情況越嚴重。為什么現(xiàn)場會出現(xiàn)違背與受力分析不同的結(jié)果呢？原因是H架在上、下山安裝時不可能完全的垂直于水平面，特別是運輸坡度較大時，受H架與H架聯(lián)接縱梁與H架配合固定結(jié)構(gòu)的影響，干涉了H架與水平面垂直安裝的可能，只能使H架在朝向坡度的下方偏轉(zhuǎn)一個角度安裝。這一安裝角度影響了H架應該垂直水平面安裝的受力平衡，這是造成上、下山運輸H架出現(xiàn)向坡度下方傾倒的原因。

為了降低或避免出現(xiàn)上、下山運輸H架傾倒情況，通過H架受力分析和現(xiàn)場H架安裝的角度實際情況，為了抵消因安裝角度對H架產(chǎn)生的力的影響，通過實踐，采取在上、下山運輸時，將H架直輥的安裝方向朝向于坡度上方方向，這一實踐在實際應用中收到了良好的效果。