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由于特殊工況環(huán)境及作業(yè)條件的復(fù)雜無(wú)常等，對(duì)皮帶輸送機(jī)和一些關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)提出了很高的要求，特別是滾筒，對(duì)皮帶輸送機(jī)的連續(xù)安全工作運(yùn)行非常重要。滾筒短的損壞將導(dǎo)致停機(jī)更新，更換滾筒還需對(duì)輸送帶重新進(jìn)行牽力調(diào)整、強(qiáng)力調(diào)整和運(yùn)行調(diào)偏的工作。所以滾筒的損壞會(huì)影響到輸送機(jī)的安全運(yùn)行，影響到工作面的連續(xù)工作。
1、新型免脹套滾筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
我國(guó)常用的皮帶輸送機(jī)滾筒，其結(jié)構(gòu)都是講滾筒與接盤選用過(guò)渡配合加鍵連接安裝或采用脹套進(jìn)行聯(lián)接。實(shí)踐中存在如下問(wèn)題：采用鍵連接時(shí)，通常要對(duì)滾筒軸進(jìn)行 鍵槽加工，必然破壞滾筒軸的整體強(qiáng)度，使?jié)L筒的使用壽命縮短；采用脹套聯(lián)接增加了整個(gè)滾筒的成本；另外在安裝時(shí)，也需要提高技術(shù)要求。針對(duì)上述情況我們將滾筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。
新型滾筒輪轂與輻板為鑄鋼件一體化結(jié)構(gòu)，輪轂與滾筒軸的配合采用輪轂內(nèi)壁定位(過(guò)盈配合)，并取消了容易失效的螺栓聯(lián)結(jié)，傳動(dòng)滾筒取消了強(qiáng)度較低的螺釘組連接，該結(jié)構(gòu)傳動(dòng)滾筒經(jīng)實(shí)際運(yùn)行檢測(cè)抗沖擊和振動(dòng)的變載能力明顯加強(qiáng)。
2、計(jì)算結(jié)果及分析
由于對(duì)滾筒進(jìn)行靜力分析，所以對(duì)滾筒軸的自由度約束比較大，從而主要分析滾筒筒殼和接盤等部位的應(yīng)力分布狀況。從傳動(dòng)滾筒應(yīng)力分布云圖和傳動(dòng)滾筒位移分布云圖可以看出：
(1)傳動(dòng)滾筒的應(yīng)力主要集中在軸承與接盤之間的軸段、接盤幅板處和滾筒內(nèi)壁，最大等效應(yīng)力在軸與軸承接觸內(nèi)側(cè)凸肩處，根據(jù)傳動(dòng)滾筒的安全系數(shù)一般為 3～4，滾筒軸的強(qiáng)度完全滿足強(qiáng)度要求。由于滾筒變形使輸送帶受力不均，滾筒焊縫出現(xiàn)應(yīng)力集中，顯然在滾筒材料強(qiáng)度要求范圍內(nèi)。但是如果焊縫質(zhì)量不過(guò)關(guān)， 存在著很大的殘余焊接應(yīng)力，將可能使?jié)L筒產(chǎn)生壓裂現(xiàn)象，所以驅(qū)動(dòng)滾筒的制造要符合較為嚴(yán)格的加工技術(shù)條件，并要求嚴(yán)格控制焊縫質(zhì)量。
(2)由于輸送帶的擠壓，筒殼出現(xiàn)凹陷變形，相應(yīng)的另半周筒殼產(chǎn)生凸起變形，位于滾筒中心部位。在筒內(nèi)壁沿軸向或徑向焊肋板可有效地降低筒殼變形，并進(jìn)而減小焊縫處的應(yīng)力集中。
3、傳動(dòng)滾筒的優(yōu)化設(shè)計(jì)
用有限元法進(jìn)行傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化，通過(guò)有限元應(yīng)力和剛度分析，在滿足傳動(dòng)滾筒強(qiáng)度、剛度的條件下，盡量使?jié)L筒的重要參數(shù)和筒殼厚度、接盤幅板厚度和 滾軸徑等最小。用有限元法進(jìn)行滾筒優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其他滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)不改變，優(yōu)化的目標(biāo)是將滾筒壁厚減少到20mm，但滾筒變形不可增大甚至要變小，接盤與筒體連接處的焊縫應(yīng)力集中不增大。
經(jīng)過(guò)計(jì)算后得知，滾筒壁厚變薄后滾筒變形明顯增加，增加了約23%，由于滾筒剛性降低，滾筒軸上的應(yīng)力集中隨之降低，滾筒焊縫處應(yīng)力集中加大，可以考慮在 滾筒內(nèi)壁焊徑向加強(qiáng)環(huán)，并沿軸向焊上肋板以降低滾筒應(yīng)力集中，提高滾筒的整體強(qiáng)度，有限元分析計(jì)算結(jié)果顯示，加強(qiáng)肋后對(duì)減小滾筒變形的效果是很明顯的，可以降低30%左右。滾筒焊縫處的應(yīng)力集中明顯變小，與滾筒筒壁變薄前沒(méi)有太大變化，基本上達(dá)到了優(yōu)化滾筒壁厚的目的。顯然，在滾筒壁厚變薄后采取的加強(qiáng)措 施，是行之有效的，可以大大降低滾筒壁厚，使?jié)L筒變得更加輕巧，又不影響滾筒的實(shí)際強(qiáng)度，新型等強(qiáng)度滾筒采用了這種加強(qiáng)措施。
