印度SASAN14.2km越野皮带机水平转弯段承载托辊支架ANSYS

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摘 要:本文详细介绍了14.2KM越野皮带机水平转弯段承载托辊支架的结构,对支架材料特性及设计指标进行探讨,对托辊支架有限元分析的力学模型进行了研究.

关 键 词 :SASAN;越野皮带机;水平转弯段承载托辊支架;ANSYS

中图分类号:TH22 文献标识码:A

1前言

托辊是带式输送机的主要部件,作用是支撑输送带,减少阻力,保证输送带正常运行.托辊总重量占皮带机总重30%-40%,因此托辊好坏直接影响皮带输送机运行和运营费用.托辊按用途不同分为普通承载托辊和专用托辊.普通承载托辊是在正常段的上分支和下分支托辊,作用是支撑输送带和物料;专用托辊作用是输送带的过渡导向、输送带运行的防偏及缓冲.托辊都是成组地安装在输送机上.上托辊组可由单个托辊和两个、三个托辊槽型托辊组.槽型托辊组中间托辊水平布置,侧托辊的槽角一般为35°和45°.最常用的托辊组是三个托辊的长度相等并布置在同一平面内.SASAN 14.2km越野皮带机项目是印度Reliance公司用在SASAN超巨型电站项目中,由煤矿区向电厂区输送原料的唯一一条输煤长距离皮带输送机.项目简介如下:(1)输送距离14.08km、输送量4500t/h、带度1.8m、驱动功率4×1700kW.皮带机沿线全部是钢结构通廊.(2)皮带机要跨跃两座桥梁,一处675m,一处736m,共1411m.每座桥墩跨距45m.(3)皮带机要跨过16处静空6m以上的路还有几十条小路.(4)沿途有16处高低压输电线网.(5)上托辊间距是2m,下托辊间距是4m.(6)机头在业主的一个料仓上,机尾与Reliance公司另一个项目联接.作为连接矿山和电厂唯一输煤线路,此条皮带机很重要.而要确保此皮带机正常运转,托辊设计是重中之重,托辊好坏直接决定项目成功与否,支撑托辊的支架合理设计是难点也是重点,由于托辊间距大、运量高、皮带重量大对托辊支架刚度和强度要求更高,所以托辊支架的强度和刚度校核是托辊支架的设计重点.在设计中采用ANSYS对此项目中的托辊支架进行刚度和强度分析.ANSYS软件是世界增长最快的CAE软件,在航天、汽车、机械等领域内有广泛应用.可以对包括、热、电、流体和结构等诸多模型进行分析求解,为解决复杂、庞大工程项目和致力于高水平科研攻关提供优良工作环境.

2.14.2KM用水平段托辊支架的结构

14.2km用水平转弯段托辊支架与正常皮带机用托辊支架不同,结构如图1,托辊支架主体采用方钢设计,为防止转弯段撒料侧辊槽角为45°.为方便调整托辊倾斜角度,将中间架设计为圆管,托辊支架与中间架连接处设计为两个半圆管与中间架圆管夹紧,这样可根据现场情况而调整托辊支架角度.横辊和侧辊并不在同一平面上,横辊安装在托辊支架的前面,而侧辊安装在托辊支架后面,这样布置能减小托辊间距,防止因托辊辊子意外脱落而对输送带造成损坏.沿输送机弧度方向设有挡辊,防止胶带在水平转弯处跑偏.

3材料特性及设计指标

托辊支架采用Q235B,弹性模量E为210Gpa,泊松系数为0.3,密度均为7.85×103kg/m3.这两种钢材的屈服应力σs及破坏应力σb如表1所示.


表1 钢材的力学特性

材料牌号 σs(Mpa) σb(Mpa)

Q235B 235 410

设计指标:Q235钢材强度设计值:f等于206 N/mm2;构件变形许用值:1/500.

4托辊支架有限元分析的力学模型

托辊支架由型钢和钢板焊接成的结构,根据结构特点和受力情况,有限元分析时各杆件均等效为弹性板单元(SHELL63).弹性板单元每个节点有6个自由度,即沿X、Y、Z轴移动和绕X、Y、Z 轴转动.模型中节点的确定遵循如下原则:(1)托辊支架型材的连接点为模型的节点;(2)托辊支架型材与板的连接点或施力点为模型的节点.

5约束因素

托辊支架通过下边支撑板用螺栓与中间架联接.有限元分析时将与中间架联接点约束X、Y、Z三个方向的线位移.

6载荷分析

托辊重量60.42kg、物料质量223.2×2kg、胶带重量75.6×2kg、支架自重73.3kg、运行阻力85.5N,考虑动载系数1.2.将上述载荷全部加载在托辊支撑点位置.

7计算结果

ANSYS的计算结果如图2,托辊支架受力最大点是在托辊横梁拐点托辊支撑处,最大应力为σ等于71Mpa,小于许用应力,安全系数2.9.最大变形在横梁中间,最大垂直挠度Δ等于0.24mm,小于许用挠度.

结语

利用ANSYS建立的托辊支架有限元模型,满足带式输送机托辊支架的计算精度要求.满足托辊支架的刚度和强度的要求,修证了托辊支架的结构和型材的选取,使其更合理,更具有经济性.

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