關于帶式輸送機傳動滾筒加強環的分析與研究

王博

摘要：在我國的煤礦產業中需要利用到各種機械設備來進行煤礦的采集和運輸，其中較為常用的設備就是帶式輸送機，本文經過以有限元分析的方式，并且以創建帶式輸送機傳動滾筒的設備模型為基礎，為在傳動滾筒中加強環的效用進行了實驗證明，并且對加強環截面尺寸和傳動滾筒的最大變形量還有其筒殼的厚度間的相互聯系。關鍵詞：帶式輸送機;傳動滾筒;加強環;分析研究

引言：

對于煤礦生產企業來說，帶式輸送機因為其自身的高效率和適用領域廣的優勢，成為了各大煤礦企業中適用最為廣泛的煤礦運輸設備，并且我國對帶式輸送機設備的研究和發展朝著更好的方向進行著前進。傳動滾筒的大幅度變形、出現裂紋等問題都會造成傳動滾筒無法正常運轉。本文便對這些問題做出了一些實驗和研究，為帶式輸送機傳動滾筒的優化和研究做出了一些探研。

一、傳動滾筒的材料參數和其結構參數

隨著我國的工業發展和制造技術的不斷進步，目前帶式輸送機的傳動滾筒的研發和鑄造正在慢慢朝著焊接制造的方式進行研究，也就是讓傳動滾筒的筒殼和輻板焊接結合到一塊，然后讓主軸和輻板以漲套的方法來進行裝配，這種裝配的方法的優勢有很多，例如方便其拆卸更換、裝配更加穩固、具備過載保護的功能等等好處。本文以某一個工程的實踐數據為例，如果傳動滾筒上輸送帶的滑動弧是一百八十度，其張力靜止弧是三十度，傳動滾筒表明受到的張力大小是六十千牛。下面為傳動滾筒的一部分材料和結構的參數：輻板間距/mm?1232;滾筒長度/mm?1400;滾筒直徑φ/mm?1000;筒殼厚度/mm?14;輻板厚度/mm?110;筒殼與輻板材料?Q235A;密度ρ1/kg·m-3?7800;彈性模量E1/GPa?206;泊松比γ1 0.30;滾筒軸材料?45Cr;密度ρ2/kg·m-3?7850;彈性模量E2/GPa?193;泊松比γ2?0.28。

二、約束載荷和網格劃分

本文對傳動滾筒模型的網格劃分用的是四面體網格，并且在其軸承的地方增添了固定約束，在傳動滾筒的筒殼一百八十度滑動弧中施以摩擦力載荷以及壓力載荷，其摩擦力載荷的方向是朝著筒殼圓弧切線的朝向，其壓力載荷是朝著徑向的朝向，并且在三十度靜止弧中僅僅施以壓力載荷而沒有施以摩擦力載荷。

因為一些帶式輸送機的輸送帶在制作的時候還不夠完善，有一些缺點，并且被輸送帶傳輸的產品一般都會停留在其靠近中間的地方，所以大多數的帶式輸送機的輸送帶對于傳動滾筒的筒殼上所施加的壓力一般都不會特別平均。可是想將這些不平均的壓力運算出來尤為困難，所以普遍會假使傳動滾筒的筒殼所受到的壓力朝著筒軸的方向是平均施加的。以此為基礎，我們便可以得到以下的公式，傳動滾筒受到的徑向壓力的公式為

輸送機中輸送帶上某一點上的張力

在上面的兩個公式里，其中B代表了輸送帶的寬度;其中R代表了傳動滾筒的半徑大小;其中μ代表了傳動滾筒和輸送帶兩者間產生的摩擦因數;其中S代表了輸送帶于傳動滾筒分離點位置的張力大小;其中α代表了圍包角的大小。

仿真平臺在有限單元載荷里沒有辦法施以以指數形式產生變化的載荷，因此其必須是按線性變換或者分布平均的載荷才能夠被順利施加。所以在施以徑向的載荷壓力的時候，需要在圍包角的范圍之內讓圍包角得以離散，并且要對各段分別做出分析和運算。

三、傳動滾筒中添加加強環的效用

1.單一加強環

在傳動滾筒中心的地方增添矩形加強環，此加強環截面的高度h為十四毫米，寬度b同樣也為十四毫米，剩下的一些參數也跟前面一樣，在向其增添相同載荷和約束的環境中，能夠經過實驗和計算得知傳動滾筒中添加了矩形加強環的最大變形量是0.30587毫米，其產生最大變形的地方還是在傳動滾筒筒殼的靠近中心的位置。跟傳動滾筒中沒有添加矩形加強環的設備相比，添加了矩形加強環的滾筒的最大變形量減小了百分之3.91。由此能夠得出，在傳動滾筒的中心地方增添矩形加強環能夠有效降低其最大變形量。

對矩形加強環截面的尺寸參數b和h分別進行調改，將其產生的相應不同效用進行記錄和分析比較，根據傳動滾筒中添加的矩形加強環各種截面尺寸對應的傳動滾筒發生的型變最后得出相應的數據，最后再把得出的數值導進矩陣實驗室軟件里，最后我們能夠得出結論：筒殼厚度以及矩形加強環截面寬度越寬，傳動滾筒的最大型變量就會越小。經過上述實驗數據能夠得出，在傳送滾筒中的加強環截面尺寸高度以及其寬度都取最大值為八十四毫米的時候，傳動滾筒中心位置的最大型變量的數據值是0.28494毫米，跟沒有安裝矩形加強環的傳動滾筒相比，安裝后的最大變形量減小了百分之10.469，所以安裝矩形加強環對減小傳動滾筒中心形變量的效用非常顯著。

2.雙加強環

假設選用矩形加強環的高度h是傳動滾筒筒殼厚度的五倍也就是七十毫米，然后其寬度b是傳動滾筒筒殼厚度的四倍也就是五十六毫米，然后再進行下面的實驗研究。

把之前傳動滾筒里安裝的一個矩形加強環增加到兩個，但是這兩個矩形加強環的高度跟之前單個矩形加強環的高度一樣，寬度是之前單個矩形加強環的一半。然后經過調整兩個矩形加強環分別在不同位置所對應起到的效用作為研究。分別調整兩個矩形加強環的間距是輻板間距的零和一百分之一到二分之一倍之間，然后經過實驗數據對比能夠得出對應的數據。并且根據實驗數據可以發見，傳動滾筒的最大變形量隨著兩個加強環之間間距的增大的變化是先縮小然后又逐漸變大。在其距離為輻板間距的七分之一的時候，傳動滾筒的最大變形量抵達最小值為0.28583毫米。

結束語：

由上述實驗得出的數據能夠看出，在傳動滾筒中添加矩形加強環是能夠有效減少其最大變形量的。

參考文獻：

[1]馬武，霍明明.帶式輸送機傳動滾筒參數化設計及穩定性研究[J].煤礦機械，2018，39（09）：23-25.

[2]劉玲.基于有限元分析的帶式輸送機滾筒中加強環的研究[J].煤礦機械，2015，36（12）：176-178.