皮带机传输系统结构更换优化分析

皮带机传输系统结构更换优化分析

尚爱1,李明远2

（1日照港机工程有限公司，山东 日照 276826 ；2日照市特种设备检验科学研究院，山东 日照 276826）

摘  要：皮带机传输系统作为一种高效快速的物料传输方式，已经在炼钢原材料输送、煤炭装卸、化工行业、轻工业生产等各类生产中得到广泛的应用。特别是在港口装卸运输中，是关键的一环，为实现港口自动化，加快服务效率起到了重要的作用。我国港口皮带机传输系统大多设计年限长，结构薄弱，经常因结构变形等造成停产停输，给港口运转带来很大困扰。就此文章介绍了传统传输系统结构的优化方案，以及对皮带机传输系统结构逐步淘汰，技术升级，保障安全生产方面进行了阐述。

关键词： 皮带机 结构 优化 钢结构 起重机械

传统的钢结构支架大多非常简单，材料多采用角钢、圆钢、方管等，做成门式架。其特点是一般未经过力学核算，用料单薄，钢结构材料质量差，结构不合理，加上后期的基础沉降，外来载荷等，有整个结构失稳的风险。现在的钢结构支架有新型门架、网架，桁架，型钢结构架等，结构稳固，造型美观，能够满足安全生产的要求。我们将分析如何在节约资金，减少对生产的影响下对传统钢结构支架进行必要的改造和维修，以期达到双赢的局面。

1皮带机传输系统及其支架结构

皮带机传输系统从结构上说可分为机头部分，机身部分，机尾部分等[1]。机头部分包括电动机、减速机、主传动滚筒联轴器、联结结构、机头架等；机身部分包括托辊、支撑机构（架）等；机尾部分包括尾架、拉紧装置和联结机尾联结结构等。其中整个皮带机传输系统一般采用架空输送，整个系统座在钢结构支架上。常见的有槽型皮带机、平型皮带机、爬坡皮带机、转弯皮带机、伸缩皮带机等多种形式，输送带上还可增设提升挡板、裙边等附件，能满足各种工艺要求。输送机两侧配以工作台、加装灯架，可作为电子仪表装配，食品包装等皮带机装配线。因其结构较为合理，工作平稳可靠，对物料适应性强，输送能力较大，功耗小，应用广泛。

承载皮带机传输系统的称为钢结构支架，俗称支腿或中间架。传统的钢结构支架结构造型简单，其垂直度、外加力矩、中心对正等大多不符合要求。经过多年使用后，在外加载荷和基础沉降等多重因素的影响下，发生结构变形、扭转、失稳等现象，造成整个皮带机传输系统停产停输，影响了安全生产和生产效率。

2某公司钢结构支架更换方案对比分析

某港口现有皮带机传输系统钢结构支架发生变形，造成皮带机传输系统卸料小车轨道变形，停产维修[2]。原支腿采用钢结构型钢加人字形撑的结构形式。为此准备了三组方案：

方案一：

支腿处环境木屑堆积严重，建议支腿处不要堆积，改善支腿处环境；利用原结构骨架进行更换支腿，钢材用量约5.7吨。利弊分析：有利的方面是支腿形式一致，结构统一，现场效果一致；弊端是改善木屑堆积方式仍比较困难。

方案二：

将结构支持件的人字形结构改为米字型结构，参照米字型结构骨架材料进行更换支腿。钢材用量约8.0吨。因现场底部第一根横梁变形严重，底部支撑稍微变形。人字结构中横梁既要受轴力又要受弯矩。受力更复杂。采用米字结构后，横梁只受轴力，受理状况可大大改善。同时将受力构件的横梁原规格φ168×6改为φ273×6.5；米字支撑原规格φ140×6改为φ168×6。利弊分析：有利的方面是现场结构已验证稳定性，下部结构进一步加强更有利于结构的稳定性。弊端是没有进行整个系统桁架的力学分析，力学结构复杂。

方案三：

参照XCB4线并重新数据分析。对比H型钢和钢管的数据分析，立柱材料有H型钢替换成钢管。根据材料数据比对选择φ480×14材料进行更换支腿立柱。原结构中立柱的规格是HM440×300×11×18,替换后圆管的材料规格为φ480×14[3]。经力学分析后，其惯性矩：钢管的数据和H型钢的数据接近（5.56和5.47）；回转半径：钢管优势明显（164与72）；截面矩：钢管优势明显（2320200和540667）。理论重量方面：HW400×400×13×21的每米单重为172kg/m，φ480×14的每米单重为160.9kg/m。截面周长：HW400×400×13×21的截面周长为2.4m；HM440×300×11×18的截面周长为2.08m；φ480×14的截面周长为1.5m。再加上方案二中调整的横梁和米字支撑结构的优化作为该方案。钢材用量约7.7吨。利弊分析：有利的方面是经过力学核算，钢材用量更节省，安全性得到进一步保证。

综合对比以上方案，发现方案三更加经济合理，保障安全。

3钢结构支架（支腿）的安装控制要点

结构件做好运抵现场后，要严格控制安装程序。控制要点包括：（一）基础放线，本工程根据图纸，制作新支腿及桁架支撑平台。在安装前用经纬仪找好中心线，进行定位、放线，并进行标高的控制。测量精准才能保证安装精确，误差可控，结构才不会产生其他的附加载荷。（二）吊装，吊装时应注意绑扎牢固，并易拆除，并在靠近柱底板的位置采用麻绳等作为牵制绳,方便调整方向，现场多采用旋转法进行安装。过程如下：用吊车将待换支腿两侧桁架吊起（详见吊装方案）、将支撑平台移至桁架下方并固定；确认桁架稳定后，清理支腿底部螺栓，对变形支腿进行拆除；将制作好的柱底板先安装在地脚螺栓，再将新支腿吊装至安装位置（此过程需倒链等设备配合）

[4][5]；（三）校正，主要是对平面位置、标高、垂直度的调整，可采用两台经纬仪进行初校和精校。（四）固定，桁架略微吊起，吊车配合将桁架与支腿上方固定；调整好位置后将柱底板与支腿焊接，将支撑平台移出。现场另外应特别注意的焊接变形及残余应力[7][8][9]。

4优化工作总结

由于每个皮带机传输系统采用的结构、布置、外部环境等不一样，优化方案也随之变化。传统的钢结构支架多采用经验做法，没有进行严格的力学分析，并且由于力学核算计算量大，计算过程复杂，人工计算时间较长，进行力学分析非常苦难。随着计算机技术的发展，现在采用大多采用力学分析软件，科技的进步转化为了实质的生产力[10]。通过本次的维修工作，进一步积累的经验，完善了技术能力，保障了生产的安全长效运行，社会效益经济效益双丰收。

参考文献

1.国家质量监督检验检疫总局.GB/T10595-2017 带式输送机[S].北京:国家质量监督检验检疫总局发布,2017.

2.国家质量监督检验检疫总局.GB/T19001-2016/ISO9001-2015 质量管理体系 要求[S].北京:国家质量监督检验检疫总局发布,2016.

3.国家质量监督检验检疫总局.GB/T700-2006 碳素结构钢[S].北京:国家质量监督检验检疫总局发布,2006.

4国家质量监督检验检疫总局.TSG Q7016-2016 起重机械安装改造重大修理监督检验规则[S].北京:国家质量监督检验检疫总局发布,2016.

5.住房和城乡建设部.GB50231-2009 机械设备安装工程施工及验收通用规范[S].北京:住房和城乡建设部发布,2009.

6.住房和城乡建设部、国家质量监督检验检疫总局.GB50755-2012 钢结构工程施工规范[S].北京:住房和城乡建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布,2009.

7.国家质量监督检验检疫总局.GB／T985.1-2008气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口[S].北京:国家质量监督检验检疫总局发布,2008.

8.国家质量监督检验检疫总局.GB/T 12470-2018埋弧焊用热强钢实心焊丝、药芯焊丝和焊丝-焊剂组合分类要求[S].北京:国家质量监督检验检疫总局发布,2018.

9.工业和信息化部.JB/T3223-2017 焊接材料质量管理规程[S].北京:工业和信息化部发布.2017.

10.闻邦椿.第5版 机械设计手册[Z]北京:机械工业出版社.2010.