考虑物料因素的圆管带式输送机直线段托辊接触力研究

托辊接触力是圆管带式输送机托辊结构设计的关键参数,工程设计中基于输送带成形力、物料与输送带重力近似计算托辊组接触力,并将其作为单个托辊接触力的设计依据,使托辊接触力误差较大。为提高托辊接触力的计算精度,得到托辊接触力的计算方法,将托辊接触力分解为与物料重力、输送带成形力、输送带重力相关的3个分量,同时考虑托辊组中6个托辊的不同位置,分别研究各托辊接触力中3个分量,最终得到托辊接触力计算式。以管径为150 mm的圆管带式输送机直线段为研究对象,具体研究过程如下:首先,研究了物料因素对托辊接触力的影响,基于有限元法建立了输送带-托辊动力学模型,考虑8组不同物料填充率下各托辊接触力的变化规律,分析得到各托辊承受物料重力的占比,当物料填充率大于50%时,下方两侧托辊承受33%～34%的物料重力,最下方托辊承受约60%的物料重力;其次,基于输送带-托辊动力学模型,分别考虑承载5组不同密度的物料,分析得到物料密度对托辊承受物料重力的占比影响较小,可忽略不计;基于上述物料因素分析,确定了托辊接触力中物料重力分量的计算式。然后,研究了输送带重力、输送带成形力对托辊接触力的影响,分别建立了只考虑输送带成形力和只考虑输送带重力的2种输送带-托辊动力学模型,分析得到下方两侧托辊承受约32%的输送带重力,最下方托辊承受约70%的输送带重力;下方5个托辊受输送带成形力作用相近,最上方托辊受输送带成形力作用最大,约为下方5个托辊平均值的1.49倍。综合托辊接触力中3个分量,得到各托辊接触力的计算式。最后,通过实验测试了不同物料填充率下的托辊接触力,验证了托辊接触力计算式,其计算精度较高。