新型等强度滚筒的优化设计

新型等强度滚筒的优化设计。

由于特殊的工作条件和复杂的工作条件，对带式输送机和一些关键部件的设计提出了很高的要求，特别是滚筒，这对带式输送机的连续安全运行非常重要。滚筒短损坏会导致停机更新，更换滚筒需要重新调整输送带的牵力。调整强度和运行偏差。因此，滚筒的损坏会影响输送机的安全运行和工作面的连续运行。

一、新型无膨胀套筒的结构特点。

国内常用的带式输送机滚筒，其结构是指滚筒与接盘选择过渡配合加键连接安装或膨胀套连接。实践中存在以下问题:使用键连接时，通常需要对滚筒轴进行键槽加工，必然会破坏滚筒轴的整体强度，缩短滚筒的使用寿命；膨胀套连接增加了整个滚筒的成本；此外，在安装过程中需要提高技术要求。针对上述情况，我们改进了滚筒结构的设计。

新型滚筒轮毂和辐板是铸钢件的一体化结构。轮毂与滚筒轴的配合采用轮毂内壁定位(过盈配合)，取消了容易失效的螺栓连接。通过实际运行检测，传动辊取消了强度较低的螺钉组，具有明显的抗冲击和振动变载能力。

二、计算结果及分析。

由于滚筒的静态分析，滚筒轴的自由度受到很大限制，因此主要分析滚筒壳体和接盘的应力分布。从传动滚筒应力分布云图和传动滚筒位移分布云图可以看出：

(1)传动辊的应力主要集中在轴承与接盘之间的轴段上。在轴与轴承接触的内侧凸肩处，接盘幅板和滚筒内壁的最大等效应力。根据传动滚筒的安全系数，滚筒轴的强度完全满足强度要求。由于滚筒变形，输送带受力不均匀，滚筒焊缝应力集中，明显在滚筒材料强度要求范围内。但如果焊缝质量不达标，残余焊接应力大，可能会造成滚筒压裂。因此，驱动辊的制造应符合严格的加工技术条件，焊缝质量应严格控制。

(2)由于输送带挤压，筒壳凹陷变形，另一半筒壳凸起变形，位于滚筒中心。沿轴向或径向焊肋板可有效减少筒体变形，从而减少焊缝应力集中。

三、传动辊的优化设计。

采用有限元法优化传动滚筒的结构尺寸。通过有限元应力和刚度分析，在满足传动滚筒强度和刚度的情况下，尽量减小滚筒的重要参数和滚筒壳体厚度、接盘幅板厚度和滚筒直径。在采用有限元法进行滚筒优化设计的过程中，其他滚筒结构参数没有改变。优化目标是将滚筒壁厚降至20mm，但滚筒变形不能增减，接盘与滚筒连接处的焊缝应力集中度不增加。

计算后得知滚筒壁厚变薄后，滚筒变形明显增加，增加约23%。由于滚筒刚度降低，滚筒轴上的应力集中降低，滚筒焊缝处的应力集中增加。可考虑在滚筒内壁焊接径向加强环，沿轴向焊接肋板，降低滚筒应力集中，提高滚筒整体强度。有限元分析计算结果表明，加强肋对减少滚筒变形有明显效果，可减少约30%。滚筒焊缝处的应力集中明显降低，与滚筒壁变薄前变化不大，基本达到了优化滚筒壁厚的目的。显然，滚筒壁厚变薄后采取的加强措施是有效的，可以大大降低滚筒壁厚，使滚筒更轻，不影响滚筒的实际强度。这种加强措施用于新型等强度滚筒。

4.新滚筒的工艺特点。

确定焊接工艺：

(1)焊接方法。采用CO2和Ar混合气体保护焊接加热焊接部位。混合气体保护焊可以克服CO2气体保护焊的缺点，保证焊接质量。焊接时，将滚筒放在滚轮架上旋转，可以控制速度，保证焊缝根部熔化，避免焊接等缺陷。现在可以使用专用设备实现焊接自动化。

(2)焊接材料。气体保护焊接材料：焊丝H08Mn2SiA，直径12mm，气体保护25%CO2+75%Ar。

(3)焊前准备。清除坡口和坡口两侧50mm以内的水、锈、油等杂质。焊剂431必须在250℃干燥2小时后使用。

(4)滚筒组装及坡口尺寸。

(1)滚筒组装时，轴、圆筒和接盘应同时组装。先在轴上安装接头，然后将轴穿入圆筒。接头与圆筒对齐后，用链接板定位焊接，然后在轴的另一端安装另一个接头，用同样的方法固定圆筒和另一个接头；②坡口尺寸:坡口尺寸的关键是间隙和钝边的大小。若间隙小，钝边大，焊接时不易熔透，否则易烧穿。

(5)焊接工艺参数。焊缝采用气体保护焊一次焊接，逆向焊接效果极佳。

(6)焊后回火。由于滚筒轴已调质，如滚筒整体回火会降低轴的性能，只能局部回火焊缝。焊缝回火24小时后，按设计标准检查焊缝，焊缝质量符合设计要求。

随着有限元理论和各种有限元分析软件的出现，输送机设计人员可以基本掌握滚筒的应力和变形，而不需要对传动滚筒的应力进行大量的计算和研究，利用有限元的计算结果找出设计中的薄弱环节，从而达到改进滚筒设计的目的。为此，我们设计了一式输送机的输送量、长度和速度设计了一种新型滚筒，制定了滚筒的技术指标，优化了各种技术参数，降低了滚筒成本，延长了滚筒的使用寿命。

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