大隆矿舒  适  王忠民 机电处杨  起

摘  要  阐述了大隆矿井下现有弯道帮立轮(托辊)存在的问题,并根据拉运车辆时弯道帮立轮(托辊) 的运行特点进行受力分析,提出了新的设计方案，在实际应用中收到了良好的效果。

关键词  帮立轮托辊受力分析

1 问题的提出

巷道帮立轮是在矿山巷道的转弯处，为了防止钢丝绳摩擦巷道帮、底板，用于导向并起承托作用，使牵拉方向角度改变，保证钢丝绳能够正常工作，不至于加剧磨损的一种安全设施，广泛地使用在井下斜巷弯道甩车场、运输顺槽弯道处。而现有的帮立轮，其一般是在槽钢固定架上安装有可转动的、长度为1150mm的φ108mm皮带平行下托辊，通过长期使用发现主要存在以下问题：1）托辊筒壁强度不够，容易疲劳破坏，磨损后需更换整个托辊，浪费材料。2）托辊体相对于支承座位置是固定不变的、无法根据钢丝绳的实际轨迹进行调节，造成与托辊接触不充分，托辊筒壁总是在同一部位加剧损耗。3）当提升中心线与轨道中心线不一致时，易造成跳绳、车辆调道或刮帮现象，严重影响钢丝绳使用寿命。为了解决上述问题，决定对现有帮立轮进行改造。

2 设计方案

图1  可调式弯道帮立轮组装配示意图

如图1所示在工字钢固支定架上垂直方向安设2个300mm短托辊1和托辊2，水平方向安设托辊3和五星轮。在工字钢支架不同位置割出槽，将托辊支撑座镶嵌装配，并在托辊两端支承座上安防脱销，防止托辊从槽中蹦出。为了防止钢丝绳运行到托辊1和托辊2之间的夹空中，又在工字钢支架的另一侧布置托辊4和托辊5，这样采用组合式托绳轮结构便可替代原来的φ108mm皮带长托辊。

3 受力分析

第一步，计算帮立轮托辊所受合力，由图1可知，设弯道转角为θ，即钢丝绳走向经过弯道后，方向改变θ。则钢丝绳角度改变，造成钢丝绳对托辊的合力为：

T =2F_dsin（θ/2）

=2.4×F_j×sin（θ/2）

式中： F_j—钢丝绳上静拉力，一般情况下，钢丝绳上动拉力系数为1.2（加速段因加速度引起的动拉力），即F_d＝1.2F_j

图2  钢丝绳弯转后对钢丝绳的合力

第二步，计算托辊承受弯矩，如图3所示，托辊可以简化为简支梁，两侧支承力相等，且总和等于T，托辊承受的弯矩M＝1/2T×1/2L

经计算，M＝0.6×F_j×sin（θ/2）×L

图3  托辊简化图

图4  托辊所受弯矩图

设托辊直径为d，则抗弯模量为W＝1/32×πd³

第三步，计算弯曲应力σ＝M/W

基于前述第一步和第二步的相关计算结果，可得σ＝19.2×F_j×sin（θ/2）×L/(πd³)

综合上述计算结果可得出，如果托辊跨距（支承点距离）缩短为原来1/3，托辊直径不变的情况下，则弯曲应力σ降为原来的1/3的结论。

4 可调式弯道帮立轮组的先进性

（1）强度高耐用。由上述计算结论可知，采用组合式托辊组的托绳轮，长度仅为原来φ108mm皮带平行下托辊的1/3，在材质不变情况下，在理论上受力强度可提高为原来的3倍。

（2）节省材料配件费。原来平行下长托辊损坏需整根更换，严重浪费材料，采用组合方式后，只需更换磨损部位的短托辊。φ108mm皮带平行下托辊按每个售价150元，而普通短托辊100元计算，每个帮立轮可节省1/3材料费。

（3）采用托辊位置可调式设计。能够根据钢丝绳实际运行轨迹选择最佳运行工况点，防止会出现因托绳轮过矮接触不充分或者是过高又加剧磨损钢丝绳的现象。

（4）导向性能好。道心中间安装五星轮，控制钢丝绳在轨道中心运动，解决巷道曲率半径小，钢丝绳横向摆幅大，容易兜帮造成车辆掉道现象，当车辆运行至五星轮前，钢丝绳缓缓弹起，最终承载在帮立轮上。

5 应用情况

大隆矿副暗绞车道提升长度556m，自2018年6月份在副暗斜井上部甩车场安设了1套可调式弯道帮立轮组后，现场使用效果良好，后陆续又在井下2个采场共计6处弯道内应用。极大地改善了绞车道钢丝绳在弯道中的运行条件，延长了钢丝绳使用寿命。

第一作者简介：舒  适（1986-），男，工程师。2009年毕业于辽宁工程技术大学机械工程学院机械工程及自动化专业，现任大隆矿运转队副队长。联系电话：18941075717。