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带式输送机自动调心托辊的优化设计分析

作者:四川天屿翔机械设备有限公司 浏览: 发表时间:2024-02-27 15:22:53

托辊是带式输送机的核心承载部件之一,主要作用是支撑输送带及装载上方的货物,降低运行阻力,并且确保所有输送带上的下垂度控制在合理范围内,从而保障运输过程安全、稳定。在一台带式输送机上,往往会存在多个托辊,托辊是整个带式输送机的心脏,其直接影响带式输送机的运行情况和使用成本。在科学技术发展中,短距离输送的带式输送机没有办法满 足现实的长距离输送需求,随着输送距离的增长,托辊数量也在大量上涨,造成一台带式输送机成本越来越高。这就需要对当前使用的带式输送机自动调心托辊进行优化设计,以此降低设备使用成本,更好地保障输送工作的需求。

 

1    带式输送机自动调心托辊应用的必要性

 

一般情况下,很多因素都会造成带式输送带胶带出现偏移,如不合理安装、制造问题、设计问题等,一旦输送带出现偏移问题,就容易导致胶带过度磨损、物料撒漏等现象,甚至会造成安全事故。为了避免此类问题出现,在设计输送带中会使用到调心托辊,有利于保障带式输送机安全、稳定地运行。当前,调心托辊都是被安装到带式输送机中,而且大部分TD75 输 送机都是符合要求的产品。在具体应用中,立辊和托辊都会安装到槽形横梁中,而且立辊数量为2个,按照在左右两侧;托辊数量是3个,在安装上处于平行位置。托辊和立辊二者轴线不平行都会偏向中心居中,旋转结构会将主梁和槽形横梁衔接到一起,促使二者轴线形成整体。在胶带出现偏移时,如果是向左偏移的,左侧立辊就会与胶带产生碰撞,恢复到原来的位置,保障输送带安全、稳定运行。结合速度合成原理,胶带在产生偏移后,会沿着轴线所在位置移动,这时轴线和胶带会产生摩擦力。在摩擦力中,一部分摩擦力会形成纠正偏移力,帮助恢复到正确方向从而保障整个输送机的安全稳定运行。

 

2    传统带式输送机自动调心托辊原理及应用

 

在托辊中心线和胶带中心线垂直时,随意在胶带和托辊上取出一个接触点,这一点的线速度和托辊旋转速度是保持一致的,基于无相对滑动而言,二者都属于静摩擦,胶带在运行过程中带给托辊所产生的摩擦力和托辊带给胶带的摩擦力呈现反向作用力,从而让摩擦反作用力在胶带中心处是零。因此,托辊中心线只要和胶带中心线保持垂直,胶带在横向上是不会受力的,导致胶带在偏移时不会进行自动调节;在托辊中心线和胶带中心线不垂直时,随意在胶带和托辊上取出一个接触点,这一点的线速度和托辊旋转速度是不一致的,由于二者不垂直,受到相对滑动速度的影响,所产生的摩擦属于动摩擦。胶带运行方向按照 一定的方向移动,胶带会给托辊产生向前移动的牵引力,并且在运行中牵引力会分解成两个不同的力,其中所产生的横向力对胶带起到反作用力,促使胶带开始向右偏移,导致皮带没有按照预期方向移动。因此,调心托辊是借助前倾角度的方式,一旦胶带出现偏移就会给予调节,确保按照预期方向运转这一原理设计和制造的。

 

2.1  槽形调心托辊

 

槽形调心托辊在应用中是根据TD75 输送机进行设计的,基本原理是需要将3个槽形辊子和2 个立方形辊子全部安装到横梁位置上,下横梁需要衔接到中间架子上,从而确保上下横梁依托回旋轴衔接在一起。如果胶带某一侧在运行中偏移,只要胶带边缘区域碰到立辊,就会在横向作用力下利用回旋轴产生相应角度,让出现偏移的托辊产生前倾,确保恢复到原本位置,以此实现胶带自动复位,保障设备运行稳定。这种调节方式在应用上既有缺点,也有优点。就优点而言,如果偏移程度非常小,所转动角度也不大,对胶带基本上无法产生较强的作用力;但是偏移量非常大,偏移转动角度也大,这时对胶带会产生非常大的横向作用力。基于这种情况,对胶带进行不同程度的调整。挡偏立辊还有一个非常重要的作用,可以在偏移程度非常高时,直接阻止继续偏移。在调心托辊的作用下,调节运行中的胶带,避免出现脱机情况。就缺点而言,如果胶带跑偏程度不高,是可以采用槽形调心托辊进行调节的。但是,横梁强度是不同的,在运行过程中很容易出现横梁变形,直接对调心产生重大影响。此外, 回旋轴一般在应用中会和底座间使用间隙滑动方式进行衔接,没有配置任何连接装置,摩擦力是非常大的,加上长时间使用过程中会产生很多灰尘,很容易造成卡顿,甚至无法转动,导致立辊出现大面积损坏。

 

2.2  锥形调心托辊

 

锥形调心托辊在应用中主要利用DTII带式输送机进行设计,将2个锥形辊子安装在不同的回旋架上,在安装过程中,需要将大头放置在中间部位,小头需要放置在外侧区域,确保2 个回旋架都可以保持相应的运转速度,也要将横梁放置在中间架子上。基于锥形调心托辊在设计中两端使用的辊子大小是不同的,在旋转中所产生的速度也是不同的。结合回旋角度和胶带速度之间的关系,在回旋角度相同时,胶带速度和半径成正比关系。因此,锥形辊子在运行中,大端基本上速度更快,小端胶带速度更慢,导致二者存在显著差异。如果胶带在运行中出现偏移,胶带就会和小端直接接触,这源于小端所产生的速度慢,会逐步形成额外阻力,从而导致托辊给胶带运行产生推动力,促使偏移后的胶带回归原位,以此保障胶带稳定安全运行。这种方式在运行中也是存在缺点和优点的。就优点而言,在应用中将槽形换成锥形,使用二者产 生的速度差,由此形成向前倾的作用力,并且转变托辊受力情况,增强调节效果。就缺点而言,锥形调心托辊在设计中是将使用的回旋轴分开的2个不同回旋轴实现相互衔接的同步结构,基于需要连接的零部件增多,加上设备制造、安装等各方面因素影响,直接降低了共同转动的灵活性,导致同步效果不够理想,直接降低锥形调心托辊的功能。

 

3    带式输送机自动调心托辊的缺陷及优化设计

 

3.1 设备缺陷

 

分析以往带式输送机使用的自动调心托辊可知,主要在三个方面存在缺陷。第一,滑动轴承在使用中基本上依靠旋转设备取代,由于大部分输送过程的工作环境是非常复杂的,很容易造成轴承灵活度不够,甚至出现无法转动的情况,没有办法使用自动调节方式实现偏移恢复。第二,基于托辊和旋转设备在安装中是处于同一轴线,托辊和胶带在运行中会产生很大的摩擦力,而且这种摩擦力会一直存在于旋转设备的轴线上,从设备应用的情况可知,在槽形横梁产生变化后,虽然胶带当前所处位置是完全正常的,但是横梁依旧支撑着偏移角度的存在,没有办法回归到正确的位置上。只有等待胶带向右侧移动后,逐步与立辊产生碰撞后,才能推动横梁开始逆时针转动。因此,调心托辊在使用过程中,横梁可以确保两个位置是稳定的,却没有办法实现纠偏。第三,在胶带碰撞到立辊上,二者基本上都是接触点,一旦当前带速非常大时,很容易产生较大的碰撞力,从而导致胶带损坏。

 

3.2  优化方案

 

调心托辊的应用种类非常多,按照使用形式不同,划分为上下调心托辊;按照使用类型不同,也可以分为锥形调心托辊、槽形调心托辊,主要作用是避免输送带运行发生偏移。在带式输送机托辊优化设计中,需要从托辊选型、带宽、辊径等方面进行明确,才能确保其设计的调心托辊符合要求。

 

1)托辊选择。从当前托辊使用情况分析,基本上可以选择使用的托辊类型非常多直接影响调心托辊作用的发挥。在槽形调心托辊上,一般需要3个托辊构成,角度基本上为35°35°是使用最多的标准角度。缓冲托辊基本上都是胶圈结构,往往在加料位置使用,可以产生非常好的缓冲作用,对带式输送机起到保护作用,也可以延长输送机使用寿命。过渡托辊基本上使用在输送机的过渡区域中,一般可以分为头部或者尾部过渡等,主要应用在长距离输送带上。

 

2)输送带宽度。基本上需要按照输送货物数量多少和物料宽度大小等决定。

 

3)辊径。托辊直径大小也是结合输送带宽度、输送速度、承载能力等进行确定的。一般情况下,托辊直径大小与输送带宽度和输送速度有关。在调心托辊制作中,精度上出现的误差会造成整个托辊呈现椭圆形,导致托辊在使用过程中产生横向振动压力。一旦带式输送带的自我振动频率和托辊所产生的振动频率相差不大,基本上很容易产生共振。这种情况下会影响输送带的安全稳定运行,甚至会造成停机维护。为了避免产生更大频率的振动,需要对托辊转速进行限制。现阶段在托辊转速设计上,行业内没有固定的标准,但是发达国家在设置转速中都是在700 r/min 左右,而我国所使用的托辊转速也没有超过600 r/min

 

4)托辊间距设置。在我国现有带式输送机使用中,都是依靠经验数据明确托辊间距,在承载货物阶段中,输送物料松散程度为1 600 kg/m3 时,托辊间距需要设计为1.0 m;如果物料松散程度是小于1 600 kg/m3,间距需要设计在1.2 m;如果使用钢丝绳作为输送带时,间距需要设计在1.5 m。这些间距设置方式都采用承载段的最小张力明确间距,虽然能缩短 设计时间,但是没有关注输送过程所产生的张力大小,导致输送距离越长,前后相差的张力就越大,一旦使用这种方式会增大使用过程的风险性,也会增大使用过程的磨损率。这就需要对当前托辊间距进行科学合理的明确,从而延长带式输送机使用寿命。

 

基于上述缺陷分析出提出的调心托辊结构上存在的问题,新型自动调心托辊研发出来后,整体结构设计、安装方向等与TD75调心托辊基本上保持一致,但是对结构上做出了很大程度的优化,如立辊、横梁等。

 

在调节偏移原理上,二者所使用的原理基本上是一致的,但是优化后所设计的调心托辊和之前使用的是不同的。第一,旋转结构轴线和托辊轴线没有处于同一平面内,胶带向左侧偏移,胶带在运行中就会与左立辊产生碰撞,在碰撞过程中会产生较强的作用力,促使其开始顺时针旋转,从而让角度产生变化,确保胶带可以在更快速度上找到正确的位置,一旦胶带找到正确位置后,立辊就会和胶带分离。在这种情况下,所产生的作用力就会消失,托辊在运行中因胶带所产生的作用力围绕旋转中心运动,而力矩会让槽形调心托辊回归到带式输送机上,从而就不会产生偏移。第二,组合结构在应用中会借助旋转结构发挥作用,这种组合结构会包括轴承,可以灵活性运动;也安装了密封装置,确保可以在各类情况下稳定运行。第三,特殊立辊在应用后,表面上是采用了双曲线,与胶带侧面保持平行的位置和立辊轴线位置保持一致,而且在偏移过程中方向会呈现出30°,立辊也会和胶带间产生碰撞情况,这种碰撞过程不会与之前的点进行接触,在接触面积增大的同时,有利于延长胶带使用寿命。

 

4    结束语

 

从传统调心托辊法分析,基本上国内设计中使用非常保守的间距,造成大量资源浪费。加上我国调心托辊设计中使用的方式非常传统,完全是依靠实践经验和设计人员的理论知识融合后设计的结构,这在应用上形成较大的使用风险。和国外发达国家制造标准对比,我国对参数控制非常灵活,导致部分产品设计上刚度和强度等都不满足使用要求,增大了使用成本。为了确保带式输送机调心托辊安全稳定运行,需要对各个方面进行合理设计,明确托辊受力结构,也要结合强度和刚度分布情况,找出当前托辊设计的薄弱环节,既可以开展针对性的优化设计,又可以保障强度和刚度符合要求,以此确保调心托辊符合要求。因此,在优化设计带式输送机调心托辊的过程中,应全面分析托辊选型、带宽、辊径等方面,增强输送带的安全稳定性,保障调心托辊正常运行。


 

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