胶带输送机广泛应用在港口、电厂、矿山等场所，在胶带机构中，托辊架应用量比较大，是其重要的结构。胶带运输线距离长，胶带输送条数多，托辊应用量非常大，更换损坏托辊次数也较多。托辊根据位置不同，更换的难易程度不一。普通段更换托辊较为简单，因上方无障碍物，且托辊架之间距离一般为1m，将胶带抬起一定距离就可以轻松更换托辊，一般用时为5min左右；而导料槽段虽然在设计时加装了100 mm 的托辊架支座，由于衬板、挡料皮、托辊架间距距离小等原因，更换极为困难，一般用时为60 min 左右。为了方便维修，节约时间，对托辊架进行优化设计，使之方便更换。

1  改造技术方案

导料槽托辊更换，一般需动火且维修时间长。通过图1导料槽截面图可以看出，在更换托辊时必须拆除托辊架支座，否则无法拆除两侧槽托，而且胶带上升量也有限，中间槽托受空间影响，两托辊架间距较小，约为350 mm，更换操作困难。

导料槽托辊架增加 100 mm支座高度，结构分为3大部分：托辊架支座、中支架和斜支架。中支架能在托辊架支座上滑动，中支架的固定靠斜支架压板固定，斜支架依靠螺栓固定在托辊架支座上见图 （2）。

改造后更换两侧槽托时，只需要拆除固定斜支架的4条螺栓，将斜支架拆下后安装新托辊，然后重新固定4条螺栓即可完成。当更换中间槽托时，拆除斜支架后，中支架可以滑动到外侧，更换托辊后滑动到中间，最后固定斜支架4条螺栓完成中间槽托更换。改造后，省去了拆除整个托辊架的繁琐过程，安装新托辊的过程均在外侧足够大的空间内完成，更换槽托时间由之前60 min左右缩短到10 min 左右，所需维修人员由之前的3 ~ 5 名减少到2 ~ 3名， 维修效率大大提高。

2  计算与校核

2.1  载荷分析

托辊架垂直方向受到承载物重力和煤料向下冲击力 。承载物重力包括煤料重力、缓冲托辊重力和橡胶带重力。据皮带机实际运行参数：最大运量 4 400 t/h，带速4.4 m/s,缓冲托辊间距350 mm，缓冲托辊重38.41 kg，250 m胶带重14 t，计算得到承载物重力为2 346 N。煤料从抛料滚筒经过溜筒冲击到胶带，假设煤料到达下部胶带的速度不变，依据动量守恒计算得到煤料向下冲击力为1 056 N。考虑到堵料等特殊情况，保证安全有效运行，增加安全系数1.5 ，因此托辊架所受垂直向下最大作用力为5 103 N。

托辊架在皮带机运转过程中受到摩擦力，当特殊情况托辊卡死不转时所受到的摩擦力最大，此处属于干摩擦条件的滑动摩擦，选择橡胶与橡胶平行纹理，确定摩擦系数为μ = 0.48：计算得到托辊架所受水平方向摩擦力为2 450 N。

2.2  有限元分析

2.2.1  支座分析校核

垂直向下最大作用力对支座的受力分析、运行分析结果表明，最大主应力小于235 MPa,满足使用要求。

水平方向摩擦力对支座的影响分析结果表明，最大主应力小于235 MPa，满足使用要求。

2.2.2  中支架和斜支架校核

把中支架和斜支架作为一体进行受力分析。物料对托辊架受力点共有6处，按这6处平均分配垂直向下最大作用力，对支座应力分析后所得结果见图3，可以看出最大主应力小于235 MPa，满足使用要求。

分析水平方向摩擦力对中支架和斜支架的影响，其有限元结果见图4，可以看出最大主应力小于235 MPa，满足使用要求。

2.3  螺栓连接强度校核

分析斜支架与支座螺栓连接强度是否满足要求。导料槽在水平段，垂直向下的力对螺栓没有作用力，不考虑其影响。水平方向的摩擦力对其有影响，同时对支座和托辊架支座连接螺栓有作用力，其连接螺栓为M16×50普通螺栓4套，此处受力要大于斜支架与支座螺栓连接处的力，而斜支架与支座螺栓连接为8套M16×50不锈钢螺栓，其强度要大于普通螺栓，利用不锈钢螺栓防止生锈利于拆装，所以螺栓连接强度满足要求。

通过以上分析结果，优化设计的托辊架结构满足强度要求。

3  结语

优化设计后的分体式托辊架消除了更换托辊过程中导料槽的影响，使得导料槽托辊架安装方便，托辊更换简单，节省人力与时间，取得良好效果。本方案在某港口应用1年后,大大提高了导料槽托辊更换效率，节省了人力成本，提高了维修效率。