输送带接头耐久性动态测试试验台的机架设计*

郭泽海，秦翥，侯红伟

(中国煤炭科工集团 上海有限公司，上海 200030)

0 引言

输送带性能的优劣直接决定了整个运输系统的运输效率和安全性能。设计了一种试验装置，以较少的耗材，在尽可能符合实际的循环周转运行情况下，使输送带样品和接头在一定时间内负载，旨在确定输送带(钢丝绳芯输送带和织物芯输送带)在动力学持续震荡应力(负载)情况下的抗拉强度，进而获得输送带的具体性能参数。

1 试验台测试原理

1.1 试验设备特征

该试验设备为一种带有驱动滚筒和张紧滚筒的持续运行机器。参照德国工业标准DIN 22110-3(2007)输送带接头的测试方法，该试验设备具有以下特征：

1) 直径用D来表示的可更换滚筒，材料为钢或橡胶，可用宽度不小于500 mm。

2) 检验力以锯齿形曲线出现(齿形比例5∶1，见图2)，加载循环持续时间为TLSp=(50±5) s。

3) 加载循环持续时间与输送带周转时间比例固定。

4) 轴距L和张紧幅度SSp：最小轴距(张紧行程SSp=0)为6 000 mm。

5) 可调整的输送带速度ν。

6) 用于计算输送带周转数和加载循环数的计数器。

7) 设有获取检验力和输送带长度的装置。

8) 设有直线运行控制器。

图1 试验台测试原理

1.2 施加载荷和加载周期

由图2所示，在检测试验中,加载力装置(液压油缸)作用到张紧滚筒的直线载荷为F,周期为T;前5/6T时间内，载荷从最小值Fmin直线增加到最大值Fmax;后1/6T时间内，载荷从最大值Fmax直线减小到最小值Fmin。检测标准中,对施加载荷F以及加载周期T有如下规定：

T=(50±5)s

(1)

Fmax=50%FB

(2)

Fmin=6.6%FB

(3)

式中：FB为输送带样品的额定致断力。

图2 检测力加载曲线

2 试验台机架的设计

试验台整体机械结构的设计思路以实现试验台测试功能为基础，确保结构稳固，便于安装拆卸滚筒和输送带样品，适应多种直径的滚筒以及利于液压缸执行动作，并便于制造和美观等多方面综合考量。试验台除液压油缸和两端滚筒外，其余零部件提供支撑、防护或其他辅助功能，使之整个试验台除特殊零部件外，都是由方钢或H型钢通过焊接工艺加工而成。

2.1 结构组成

装置整体可分为下支撑和工作台两部分。下支撑主要为工作台提供重力支撑、动作空间以及安装拆卸平台。工作台为试验装置的核心部分，通过液压缸的收缩运动给输送带周期性可控的负载，对输送带的动态耐久性进行检验。此外，试验装置还需布置防护栏、梯子、栏杆等辅助零部件。

2.2 基本原理

图3为试验台结构示意图,在检测过程中，张紧滚筒1在工作台的滑轨2上做循环往复运动，液压缸3提供作用力。由电动机连接减速器提供驱动滚筒5运动的力矩，连接架4作为承力机架。后梁7、前梁9及中间梁8主要起支撑作用，底座10通过地脚螺栓固定于地面，支撑腿6便于拆卸，用于安装和更换输送带样品。

1-张紧滚筒；2-滑轨；3-液压缸；4-连接架；5-驱动滚筒；6-支撑腿；7-后梁；8-中间梁；9-前梁；10-底座。图3 试验台结构示意图

3 环形输送带安装方法

由于输送带样品在检测前已经完成拼接硫化等工艺，故采用“拆卸—穿入—固定—再拆卸”的方式来安装或更换输送带，具体流程如图4所示。

首先，拆卸活动支撑腿1，输送带穿入活动支撑腿1、2空间；然后，安装活动支撑腿1，拆卸活动支撑腿2，输送带穿入活动支撑腿2、3空间；最后，安装活动支撑腿2，依次拆卸下一活动支撑腿，直至输送带安全穿入。这种安装输送带的方式在尽可能保证装置整体机构不受破坏的前提下，将安装工作简化为拆卸与安装支撑腿的重复动作，其操作性较强。

由于输送带的强度较大、长度较长，为方便试验人员操作，支撑腿的设计高度和间距相对也较大。在整个安装工作之前，工作台机架上的托辊、栏杆和防跑偏装置等都要拆卸，旨在方便输送带的安装。由于滚筒和连接架的质量较大，支撑腿侧水平梁的变形量会影响整个机构的水平精度，进而影响后续试验的顺利进行，故在安装完毕后，须再次调整安装精度。

4 主要承力机构的强度分析

由图3可以得出，在液压缸施加力作用到输送带后，该作用力作为整体装置的内力由连接架承受。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

1-活动支撑腿1；2-活动支撑腿2；3-活动支撑腿3

图4 输送带样品安装流程

连接架下端通过螺栓和定位销固定在前后梁上，后端与滚筒轴承座螺栓固定，前端与液压缸螺钉联接。设定连接架下端面和后端面(即与滚筒轴承座结合的面)为固定面，在前端面(即与液压缸结合的面)上施加负载F0，如图5所示。

图5 连接架施加载荷分布

整件为焊接件，焊接材料包括Q235B、Q345B以及ZG35。为简化有限元分析，默认模型材料为ANSYS材料库中“结构钢”，其性能参数见表1。

表1 材料的性能参数

图6为有限元分析结果。由图6(a)所示，前端面中部深红色区域变形量最大，达到0.677 mm，但从整体来看，变形相对均匀，变形量较小；由图6(b)所示，前端面中部安装液压缸部位出现最大应力值，达到151.65 MPa，但在允许范围内；由图6(c)结果显示，安全系数最小值出现在应力值最大部位，其最小值为1.65，最大值为15。

(a)总体变形

(b)等效应力场

(c)安全系数图6 有限元分析结果

5 结论

1) 本文所设计的输送带接头动态耐久性能试验装置的试验原理是以检测标准为基础，整体结构简单紧凑。

2) 利用液压系统施加交变载荷模拟实际工况下的动态载荷，施加载荷曲线可检测、可控制。

3) “拆卸—穿入—固定—再拆卸”的输送带安装方式，其工作量尽管相对较大但原理简单，易于操作。

4) 利用焊接的框型结构件作为承力件，强度高且稳定性强，易于分析其受力状态。

5) 试验装置整体机架满足功能、制造及安装的各方面要求。