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由于特殊工況環(huán)境及作業(yè)條件的復(fù)雜無常等，對皮帶輸送機(jī)和一些關(guān)鍵零件的設(shè)計提出了很高的要求，特別是皮帶輸送機(jī)的滾筒，對輸送機(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
我國常用的皮帶輸送機(jī)滾筒，其結(jié)構(gòu)都是講滾筒與接盤選用過渡配合加鍵連接安裝或采用脹套進(jìn)行聯(lián)接。實踐中存在如下問題：采用鍵連接時，通常要對滾筒軸進(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)接增加了整個滾筒的成本；另外在安裝時，也需要提高技術(shù)要求。針對上述情況我們將滾筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 新型等強(qiáng)度滾筒的結(jié)構(gòu)圖
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(過盈配合)，并取消了容易失效的螺栓聯(lián)結(jié)，傳動滾筒取消了強(qiáng)度較低的螺釘組連接，該結(jié)構(gòu)傳動滾筒經(jīng)實際運(yùn)行檢測抗沖擊和振動的變載能力明顯加強(qiáng)。
2、計算結(jié)果及分析
由于對滾筒進(jìn)行靜力分析，所以對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。從傳動滾筒應(yīng)力分布云圖和傳動滾筒位移分布云圖可以看出：
(1)傳動滾筒的應(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、傳動滾筒的優(yōu)化設(shè)計
用有限元法進(jìn)行傳動滾筒的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化，通過有限元應(yīng)力和剛度分析，在滿足傳動滾筒強(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)計的過程中，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。
