新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒設(shè)計(jì)【說明書+CAD】
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焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 參考文獻(xiàn)
參 考 文 獻(xiàn)
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焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 摘 要(中文)
摘 要
帶式輸送機(jī)是現(xiàn)代最主要的散狀物料輸送設(shè)備之一。滾筒是帶式輸送機(jī)的主要傳部件，它的作用有兩個(gè)：一是傳遞動(dòng)力，二是改變輸送帶運(yùn)行方向。帶式輸送機(jī)滾筒的設(shè)計(jì)質(zhì)量，關(guān)系到整個(gè)輸送機(jī)系統(tǒng)的性能、安全性和可靠性。
本文主要包括以下幾方面內(nèi)容：首先，對(duì)滾筒的市場(chǎng)前景進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,并指出了滾筒驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)常見的故障；其次, 對(duì)滾筒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要的設(shè)計(jì)計(jì)算, 確定了帶式輸送機(jī)滾筒的一些參數(shù), 提出了常見滾筒的失效形式和改造措施；第三, 簡(jiǎn)易介紹新型滾筒的特點(diǎn), 改進(jìn)了筒焊接工藝, 提出了密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及常見滾筒軸的失效及更新設(shè)計(jì); 最后, 對(duì)新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒的經(jīng)濟(jì)性效益進(jìn)行了分析.
本文對(duì)帶式輸送機(jī)新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒的設(shè)計(jì)，做了簡(jiǎn)要的概述希望對(duì)相關(guān)人士有一定的幫助.
關(guān)鍵詞: 帶式輸送機(jī) 傳動(dòng)滾筒 免脹套 免鍵聯(lián)接
I
焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 摘 要(英文)
Abstract
Belt-conveyor system is the most important transport equipment which can carry bulkmaterial. Belt-conveyor Pulley is the key transmission part in Belt-conveyor system. It hastwo functions, one is transferring power, and another is altering the operation direction of thebelt. The design quality of Belt-conveyor Pulley connects with systems security and reliabilityof the whole conveyor.
The main content includes the following respects: Firstly, carries on to drum's market prospect introduced briefly that and had pointed out the drum actuates the belt conveyer common breakdown; Next, carries on the brief design calculation to drum's structure, had determined belt conveyer drum's some parameters, proposed the common drum's failure mode and the transformation measure; Third, the simple introduction new drum's characteristic, improved the tube welding process, proposed the seal structural design as well as the common drum shaft's expiration and the renewal design; Finally, to new exempted the bulge set, to exempt the key joint uniform strength drum's efficient benefit to carry on the analysis. this article new exempts the bulge set to the belt conveyer, to exempt the key joint uniform strength drum's design, made the brief outline to hope that to was related the public figure to have certain help.
Key Words: Belt conveyer Transmission drum Exempts the bulge wrap Exempts the key joint
II
焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 目 錄
目 錄
摘要 I
Abstract II
第一章 項(xiàng)目研制背景 01
1.1 滾筒的市場(chǎng)析 01
1.2 滾筒驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)常見故障 01
第二章 滾筒的理論分析 03
2.1 滾筒的受力分析 03
2.2 滾筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 05
2.3 帶式輸送機(jī)滾筒參數(shù)的確定 11
2.4 常見滾筒的失效形式和改造措施 12
第三章 新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒的特點(diǎn) 15
3.1 新型滾筒的特點(diǎn) 15
3.2 滾筒焊接工藝的改進(jìn) 16
3.3 密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
3.4 常見滾筒軸的失效及更新設(shè)計(jì) 20
第四章 新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒的社會(huì)經(jīng)濟(jì)性效益分析
4.1 社會(huì)效益 22
4.2 經(jīng)濟(jì)效益 22
第五章 總結(jié) 24
參考文獻(xiàn)
致謝
設(shè)計(jì)圖紙
新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒的
社會(huì)經(jīng)濟(jì)性效益分析
帶式輸送機(jī)耗電量及膠帶使用壽命與滾筒有著密切的關(guān)系。幾十年來,帶式輸送機(jī)的滾筒都是脹套或鍵聯(lián)接軸和輪轂，這種結(jié)構(gòu)存在很多諸如價(jià)格較高、壽命較短的弊端。而新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒是在進(jìn)行了大量調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，吸收了日本NC公司先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，克服了傳統(tǒng)滾筒常見問題，投入使用，得到了用戶的一致好評(píng)。該產(chǎn)品不但具有強(qiáng)度大、密封性強(qiáng)、阻燃抗靜電、耐腐蝕、重量輕、摩擦阻力小、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，而且兼有節(jié)電、不損傷膠帶等優(yōu)點(diǎn)。具有高效、節(jié)能、降低成本、延長(zhǎng)使用壽命的優(yōu)良特征。
1、社會(huì)效益
煤礦經(jīng)常發(fā)生膠帶運(yùn)輸線因滾筒、托輥堵轉(zhuǎn),長(zhǎng)時(shí)間與膠帶摩擦升溫,引起局部煤燃燒的事故及膠帶摩擦致使筒皮開口,經(jīng)常引起膠帶縱向撕裂的事故。而新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒即使在堵轉(zhuǎn)受膠帶長(zhǎng)時(shí)摩擦的情況下,最多托輥筒皮自身?yè)p壞,根本不會(huì)發(fā)生著火或縱向撕裂事故,從而提高了生產(chǎn)中膠帶運(yùn)輸環(huán)節(jié)的安全可靠性。
2經(jīng)濟(jì)效益
2.1新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒的結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的改變，取消了脹套和鍵連接，使得每只要比其他滾筒節(jié)約生產(chǎn)成本2000多元, 按全國(guó)每年使用30萬個(gè)計(jì)算采用新型滾筒可減少生產(chǎn)成本6億。
2.2延長(zhǎng)滾筒和膠帶使用壽命
傳統(tǒng)剛性構(gòu)造的滾筒，外直徑比較小，而且外筒和鏡板的鋼板、設(shè)計(jì)厚度都很厚。這種結(jié)構(gòu)，在外筒與鏡板的焊接處，鏡板與套的界面等斷面形狀和材料厚度有變化的部位，應(yīng)力極容易集中。在這些應(yīng)力集中部位，很容易發(fā)生龜裂，整體強(qiáng)度低。
柔性構(gòu)造的滾筒，外直徑大，而且外筒、鏡板的厚度適中。柔性構(gòu)造的滾筒允許外筒和鏡板具有適當(dāng)?shù)膿隙?，使這些部件在容許的范圍內(nèi)分擔(dān)部分應(yīng)力，避免應(yīng)力集中到外筒與鏡板的焊接處、鏡板與套的界面等特定位置，實(shí)現(xiàn)均勻的應(yīng)力分布，增強(qiáng)整體強(qiáng)度。這種理論與超高層大樓必須采用柔性構(gòu)造的理論相同
我們?cè)谀车V務(wù)局新安裝的帶式輸送機(jī)進(jìn)行了嘗試，帶式輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度500ｍ,帶寬800ｍｍ,是1部2×40ｋＷ電機(jī)拖動(dòng)的落地式輸送機(jī)。采用新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒后的狀況是:膠帶依然相當(dāng)完整,而在相同的條件下,比使用普通滾筒膠帶使用壽命延長(zhǎng)一倍以上。節(jié)約價(jià)值計(jì)算如下：
年節(jié)約膠帶價(jià)值: 37200元;
年節(jié)約滾筒價(jià)值:8000元;
年節(jié)約膠帶和滾筒材料價(jià)值:37200+12100=45200元;
按鋪設(shè)長(zhǎng)度折合,每米年節(jié)約價(jià)值為:45200÷500=90.4元;
若礦務(wù)局生產(chǎn)系統(tǒng)2萬ｍ帶式輸送機(jī)全部使用新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒,全局年節(jié)約材料價(jià)值可達(dá)181萬元。
2.3節(jié)電效益
新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒比傳統(tǒng)的滾筒重量輕、,摩擦阻力小,節(jié)電降耗顯而易見。我們對(duì)某電廠新安裝的帶式輸送機(jī)進(jìn)行了電功率實(shí)測(cè)對(duì)比。 根據(jù)載煤運(yùn)行兩種情況的測(cè)試結(jié)果 , ,按現(xiàn)行電價(jià)0.65元 (ｋＷｈ),依照常規(guī)計(jì)算方法,該帶式輸送機(jī)的年節(jié)電效益為:300×14×15×0.65=40950元
(其中15KW為傳統(tǒng)滾筒載煤時(shí)功率與新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒載煤時(shí)功率差);按鋪設(shè)長(zhǎng)度折合,每米年節(jié)電效益:40950/500=81.9元;若全廠生產(chǎn)系統(tǒng)的2萬ｍ帶式輸送機(jī)全部采用新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒,全局年節(jié)電效益可達(dá)164萬元。
新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒 既具有安全性,又具有經(jīng)濟(jì)性, 可延長(zhǎng)膠帶使用壽命一倍以上，,年節(jié)約材料價(jià)值和節(jié)電效益兩項(xiàng)可達(dá)173元/ｍ。礦務(wù)局整體經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)345萬元以上。因此,改變傳統(tǒng)認(rèn)識(shí),加大推廣力度,將為生產(chǎn)帶來巨大的社會(huì)效益和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 致 謝
致 謝
在畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束之際，本該是一件值得很慶幸的好事，但卻苦于不知道以怎樣的方式來表達(dá)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫助過我的老師、同學(xué)及學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)，更不知道用什么樣的詞句來形容此時(shí)此刻的心情，我想沒有他們的幫助，畢業(yè)設(shè)計(jì)就不會(huì)做得這么順利，我在這兒只有向所有幫助過我的同學(xué)、老師和領(lǐng)導(dǎo)說一聲：你們辛苦了，謝謝！
畢業(yè)設(shè)計(jì)是每位畢業(yè)生對(duì)幾年的大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)總括，也是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一次自我考核，使自己能夠正確認(rèn)識(shí)自己，給自己一個(gè)合理的定位。我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是由盧杉教授指導(dǎo)完成的。盧杉老師帶領(lǐng)我們?nèi)チ艘恍┕S、企業(yè)學(xué)習(xí)，讓我們對(duì)所研究的題目有一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，在做的過程中也遇到了不少的問題，盧杉老師給了我們?cè)S多關(guān)懷和幫助，并且隨時(shí)詢問我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況、細(xì)心的指導(dǎo)我們。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)也非常重視，給了我們?cè)S多的鼓勵(lì)，還專門給畢業(yè)生拿出機(jī)房做畢業(yè)設(shè)計(jì)，盡可能的提供一切硬件設(shè)施，保證畢業(yè)生們能夠順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們對(duì)所研究的題目?jī)?nèi)容、相關(guān)原理及實(shí)際中的運(yùn)用有了比較深入的了解，掌握了相關(guān)資料的查詢的方法，培養(yǎng)了我們獨(dú)立的學(xué)習(xí)能力，解決問題的能力并且拓展了知識(shí)面。
最后在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，我再次感謝對(duì)我指導(dǎo)、關(guān)心和幫助過老師、領(lǐng)導(dǎo)及同學(xué)。謝謝了！
第一章設(shè)計(jì)項(xiàng)目提出背景
第一節(jié)滾筒的市場(chǎng)分析
膠帶輸送機(jī)是連續(xù)輸送設(shè)備中一種常見的、最為通用的機(jī)械，被廣泛地應(yīng)用于冶金、煤炭、化工、建材等工業(yè)部門中的礦山開采、原料粉磨、煅燒、堆運(yùn)等現(xiàn)代化生產(chǎn)中，起著實(shí)現(xiàn)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的連續(xù)性和自動(dòng)化的作用，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。它與其他輸送設(shè)備比較，具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)方便，物料適應(yīng)范圍廣，輸送距離長(zhǎng)，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。 滾筒是膠帶輸送機(jī)上重要的組成部分，膠帶輸送機(jī)使用壽命的長(zhǎng)短與滾筒密切相關(guān)。
膠帶輸送機(jī)在各國(guó)都已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。我國(guó)現(xiàn)行各部門使用最多的是 DT-75系列膠帶輸送機(jī)。根據(jù)國(guó)家“十五”計(jì)劃的要求，起重運(yùn)輸行業(yè)要向大型化、高效率化、無保養(yǎng)化和節(jié)能化發(fā)展。目前，世界上帶式輸送機(jī)最大帶寬達(dá)3．2米，輸送能力最大為3．7萬噸／時(shí)。在當(dāng)今的起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)，尤其看好長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的DX高強(qiáng)度膠帶輸送機(jī)。盡管近年來膠帶輸送機(jī)行業(yè)高速發(fā)展，從六十年代的十幾家發(fā)展到現(xiàn)在的100多家，仍不能滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要。
根據(jù)當(dāng)前情況來看，由于我國(guó)工業(yè)高速發(fā)展，電力匱乏現(xiàn)象一直不能緩解，僅今年國(guó)務(wù)院已經(jīng)批準(zhǔn)和需要批準(zhǔn)的火電項(xiàng)目就達(dá)近5000萬千瓦，相當(dāng)于要建設(shè)規(guī)模為60萬千瓦的電廠83個(gè)，按常規(guī)計(jì)算，每個(gè)電廠需要膠帶輸送機(jī)的價(jià)值為1200萬元，那么建設(shè)這些電廠需要的膠帶輸送機(jī)的數(shù)量就是66400多萬元，其中滾筒的價(jià)值約為24600萬元，折合滾筒數(shù)量為4多萬只。再加上每年更新?lián)Q代的滾筒按500家電廠，每個(gè)電廠需要80只計(jì)算，還需要滾筒近4萬只。再加上煤炭、港口、碼頭、礦山、建材水泥行業(yè)、鋼鐵廠、糧食行業(yè)的滾筒需求量，整個(gè)中國(guó)的需求量約為50多萬只，折合人民幣為30億多元?？梢哉f市場(chǎng)是相當(dāng)廣闊的。
第二節(jié)滾筒驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)常見故障
帶式輸送機(jī)常見的故障原因及危害，以及故障的預(yù)防措施分述如下。
1.2.1 故障原因及危害
(1)托輥損壞.托輥是帶式輸送機(jī)的主要部件，起著支撐輸送帶的作用，遍布整個(gè)機(jī)身，數(shù)量多。托輥損壞是最常見的故障，現(xiàn)場(chǎng)托輥損壞的現(xiàn)象非常普遍，有的還很嚴(yán)重。資料表明，損壞的托輥對(duì)輸送帶的阻力是轉(zhuǎn)動(dòng)靈活托輥的 30 倍，大量托輥損壞后將會(huì)急劇的增大牽引阻力并可能引起輸送帶磨損加劇、撕帶、打滑、甚至輸送帶著火等嚴(yán)重事故。
(2) 輸送帶跑偏. 輸帶送跑偏也是常見危害較大的故障，是現(xiàn)場(chǎng)管理中比較棘手的問題。造成輸送帶跑偏的因素較多，主要有：機(jī)身中心、機(jī)頭中心和機(jī)尾中心偏離；托輥調(diào)節(jié)不正常；巷道變形，機(jī)身傾斜，機(jī)架變形；裝載不正； 輸送帶接頭不正；輸送帶質(zhì)量差，受張力程度不一樣；托滾上粘結(jié)物料、托輥表面不平等；滾筒上粘煤，滾筒傾斜、變形.
輸帶送跑偏后果是嚴(yán)重的，主要有以下幾個(gè)方面: 造成機(jī)尾處大量積煤，使輸送帶在滾筒上嚴(yán)重跑偏，影響輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至噎死輸送帶造成打滑釀成重大事故。部分煤灑落在巷道內(nèi)，造成輸送帶拖地運(yùn)行.輸送帶跑偏，將磨損機(jī)架，使機(jī)架損壞；輸送帶跑偏增大了運(yùn)行阻力，使負(fù)荷增大，縮短了輸送機(jī)的使用壽命。
（3）輸送帶打滑。帶式輸送機(jī)輸送帶圍包在傳動(dòng)滾筒上，依靠滾筒與輸送帶的摩擦力來驅(qū)動(dòng)輸送帶運(yùn)行。摩擦力有一個(gè)限度，不能任意增大，當(dāng)傳動(dòng)滾筒相遇點(diǎn)與分離點(diǎn)的輸送帶張力差大于滾筒與輸送帶間的極限摩擦力時(shí)，就會(huì)發(fā)生輸送帶在滾筒上打滑而不能正常工作的現(xiàn)象。影響摩擦力的因素有輸送帶張力、輸送帶在驅(qū)動(dòng)滾筒上圍包角、驅(qū)動(dòng)滾筒和輸送帶的摩擦系數(shù)等。
造成輸送帶打滑的主要原因有： 輸送帶過載；輸送帶與傳動(dòng)滾筒之間摩擦系數(shù)減小，輸送帶與傳動(dòng)滾筒的接觸面侵入水和水煤泥；輸送帶的張力減?。或?qū)動(dòng)滾筒的包膠磨損嚴(yán)重。輸送帶與傳動(dòng)滾筒之間摩擦系數(shù)減小從而使輸送帶打滑。
輸送帶打滑不僅能夠損壞輸送帶，影響生產(chǎn)，而且還可能造成滾筒與輸送帶摩擦起火。
（4）輸送帶撕裂
輸送帶撕裂分縱向和橫向兩種形式?？v向撕裂能造成大量輸送帶報(bào)廢，現(xiàn)場(chǎng)中能一次撕壞幾百米輸送帶的現(xiàn)象并不罕見，造成的經(jīng)濟(jì)損失極為嚴(yán)重；橫向撕裂常常會(huì)造成斷帶而影響生產(chǎn)，對(duì)于大傾角鋼絲繩芯帶式輸送機(jī)，甚至?xí)蜉斔蛶禄斐蓹C(jī)毀人亡的重大事故。
（5）機(jī)頭堆煤
機(jī)頭堆煤是指帶式輸送機(jī)的卸載，將前一部輸送機(jī)機(jī)尾和本部輸送機(jī)機(jī)頭埋沒、甚至堵塞巷道的現(xiàn)象。
1.2.2 故障的預(yù)防
依靠科技進(jìn)步，生產(chǎn)出質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、堅(jiān)固耐用的輸送機(jī)，就要開發(fā)新型高效的易損件如新型托輥、滾筒、皮帶等以延長(zhǎng)整機(jī)的使用壽命。
提高職工素質(zhì)，抓好制度落實(shí)；及時(shí)地高質(zhì)量地搞好檢查維護(hù)；為帶式輸送機(jī)運(yùn)行創(chuàng)造一個(gè)好環(huán)境,加強(qiáng)帶式輸送機(jī)運(yùn)輸管理。
第二章滾筒的理論研究
第一節(jié)滾筒的受力分析
滾筒是帶式輸送機(jī)的主要部件,滾筒的使用壽命嚴(yán)重地影響輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和生產(chǎn),根據(jù)在輸送機(jī)中的作用不同,滾筒分為傳動(dòng)滾筒與改向滾筒。傳動(dòng)滾筒與改向滾筒在工作狀態(tài)下的受力情況不同,要求結(jié)構(gòu)也不同。我們從滾筒的受力角度分析比較各類滾筒結(jié)構(gòu)的使用情況。
2.1 受力分析
2.1.1式輸送機(jī)的受力分析
帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)原理可簡(jiǎn)化為普通帶傳動(dòng)原理,傳動(dòng)帶以一定的初拉力F0緊套在兩個(gè)帶輪上。由于F0的作用,使帶與帶輪之間產(chǎn)生正壓力。傳動(dòng)帶不工作時(shí),帶兩邊的拉力等于F0,如圖2-1(a)所示,當(dāng)傳動(dòng)帶工作時(shí),假設(shè)主動(dòng)輪1以轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)動(dòng),帶與帶輪之間產(chǎn)生摩擦力Ff,而從動(dòng)輪2在摩擦力Ff的作用下以轉(zhuǎn)速n2轉(zhuǎn)動(dòng),如圖2-1(b),此時(shí)傳動(dòng)帶兩邊的拉力發(fā)生相應(yīng)變化,主動(dòng)輪一邊帶被拉緊,其拉力由F0增加到F1,從動(dòng)輪一邊帶被放松,拉力由F0減小到F2。整個(gè)接觸面上的摩擦力(即有效圓周力),Ff=F1-F2。
圖2-1 帶傳動(dòng)工作原理
2.1.2帶輪的受力分析
根據(jù)帶傳動(dòng)的受力分析,作出工作狀態(tài)下的帶輪受力圖,如圖2-2所示。主動(dòng)輪在主動(dòng)力(矩)Fp作用下以轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)主動(dòng)輪所受的力為傳動(dòng)帶所受的張緊力作用于其上的壓力f0,摩擦力Ff,以及主動(dòng)力(矩)Fp,如圖2-2(a),從動(dòng)輪所受的力為傳動(dòng)帶作用于其上的壓力f0,摩擦力Ff。兩輪受力情況相比,從動(dòng)輪比主動(dòng)輪少一個(gè)Fp。
圖2-2帶輪受力分析
2.1.3帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒與改向滾筒的受力特點(diǎn)
通過上述受力分析,認(rèn)為帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)滾筒相當(dāng)于帶傳動(dòng)中的主動(dòng)輪,改向滾筒相當(dāng)于帶傳動(dòng)中的從動(dòng)輪。傳動(dòng)滾筒比改向滾筒多受一個(gè)主動(dòng)力(矩)。
(1)常見滾筒結(jié)構(gòu)的使用情況分析
①傳動(dòng)滾筒使用情況分析
在生產(chǎn)實(shí)踐中,我們?cè)佑|各類結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)滾筒。圖2-3(a)所示的滾筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便,但缺少軸向定位,使用效果差。圖2-3(b)、2-3(c)所示的滾筒,結(jié)構(gòu)基本相同,加工安裝方便,但無軸向定位。中小型帶式輸送機(jī)大都采用這種類型的滾筒結(jié)構(gòu)。圖2-3(d)所示的滾筒,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工及安裝方便,強(qiáng)度高,焊接變形均勻,應(yīng)力小,使用壽命長(zhǎng),效果最好。
圖2-3 傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)
1. 軸 2.螺釘 3.鍵 4.卷筒 5.螺母 6.輪轂
②改向滾筒使用情況分析
通常改向滾筒比傳動(dòng)滾筒受力小,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以比傳動(dòng)滾筒強(qiáng)度低。但有時(shí)由于輸送機(jī)的張緊形式不同,輸送帶作用于改向滾筒上的壓力很大。主強(qiáng)力帶式輸送機(jī)在使用過程中,由于該帶式輸送機(jī)在一改向滾筒處輸送帶張緊力大,作用于滾筒的壓力大而使該滾筒壓裂破壞,裂縫從一側(cè)腹板焊接處沿軸向無規(guī)則裂至另一側(cè)焊接腹板處。為此,采取了加強(qiáng)措施,即增加卷筒的鋼板厚度,在卷筒內(nèi)側(cè)均勻布置了幾條沿軸向方向的加強(qiáng)筋并沿圓周方向增加環(huán)狀加強(qiáng)筋,如圖2-4所示。
圖2-4
采取加強(qiáng)措施的滾筒由于增加了加強(qiáng)筋,使焊縫數(shù)量增加,從而使?jié)L筒內(nèi)部存在很大殘余焊接應(yīng)力,經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用損壞進(jìn)一步加劇,因此必須采取相應(yīng)的工藝保證措施,消除在焊接過程中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力,保證焊接滾筒質(zhì)量。這一實(shí)例說明,在進(jìn)行改向滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要計(jì)算輸送帶在各滾筒處的張力,對(duì)受力較大的改向滾筒,要增強(qiáng)滾筒強(qiáng)度，采取相應(yīng)的工藝措施,保證焊接質(zhì)量,從而保證滾筒的質(zhì)量和使用壽命。
第二節(jié) 滾筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.2.1 滾筒結(jié)構(gòu)及載荷
滾筒按結(jié)構(gòu)可分為焊接滾筒和鑄焊滾筒2大類;按滾筒在帶式輸送機(jī)中的作用可分為驅(qū)動(dòng)(主動(dòng))滾筒、非驅(qū)動(dòng)(從動(dòng))滾筒2大類。大功率
(>360kW)驅(qū)動(dòng)滾筒采用鑄焊滾筒，其余均可采用焊接滾筒。焊接滾筒由筒體、幅板、輪彀、軸等組成;鑄焊滾筒由底盤、中間筒體、軸等組成。
作用在滾筒上的基本載荷是膠帶張力，它使?jié)L筒及其零件彎曲變形，是進(jìn)行滾筒強(qiáng)度計(jì)算的重要依據(jù)。對(duì)驅(qū)動(dòng)滾筒來說，所傳遞的扭矩也是一項(xiàng)主要載荷。
2滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算方法
2.1滾筒最小直徑的確定
按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)規(guī)定，滾筒直徑根據(jù)膠帶形式、強(qiáng)度、緊邊和松邊張力以及滾筒類型由下式確定：
式中 D—滾筒直徑，m(對(duì)于膠面滾筒指光筒直徑)
S1—膠帶緊邊張力，kN
S2—膠帶松邊張力，kN
B—膠帶寬度，m
α—膠帶包角，rad
ρ許用傳遞能力，km2(帆布膠帶P= 20 kN/M2，人造紡材芯膠帶P=35kN/m2，鋼繩芯膠帶P=55 kN/M2 )
2.2滾筒軸直徑的確定
滾筒軸受力見圖2-5
圖2-5 滾筒軸受力簡(jiǎn)圖
(1) 按疲勞強(qiáng)度(壽命)計(jì)算
（2）
式中L—軸承至輪毅(鎖緊器)距離
L3—滾筒體和軸采用鎖緊器(脹套)聯(lián)結(jié)方式時(shí)，為鎖緊器工作長(zhǎng)度，否則L3=0
P--1個(gè)軸承的載荷，P=(S1+S2)/2
W—抗彎截面模量，
p1—作用在軸上的力, P1=( S1-S2)/2
Wn—抗扭截面模量， Wn=πd3/16
［σ］一許用應(yīng)力,
由式(3), (5)，可求出2個(gè)滾筒軸直徑，取其中轉(zhuǎn)大值為設(shè)計(jì)值。
2.3幅板厚度的確定
幅板厚度的計(jì)算式為
式(6)是焊接滾筒幅板等厚時(shí)，確定了轉(zhuǎn)?3后，根據(jù)材料力學(xué)及彈性力學(xué)的有關(guān)知識(shí)推導(dǎo)出來的。當(dāng)滾筒是鑄焊結(jié)構(gòu)時(shí)，式(6)所確定的幅板厚度，可以看成是幅板中徑截面厚度。為了確定轉(zhuǎn)角?3，必須首先確定軸和幅板的力矩分配系數(shù)x
式中M—滾筒軸和幅板所承受的總彎矩，
M=P·L
Mo—滾筒幅板所承受的彎矩
x一般在0.1一0.4內(nèi)取值，對(duì)于焊接滾筒，直徑小于1 000 mm，幅板為剛性時(shí)，X=0.3一0.4;對(duì)于鑄焊滾筒，直徑大于1 000，，幅板為軟性時(shí)，x =0.15一0.25.
(7)
幅板厚度的確定，是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，按式(6)求出幅板厚度后，還必須進(jìn)行應(yīng)力分析，才能最終確定。
等厚幅板危險(xiǎn)應(yīng)力點(diǎn)在幅板內(nèi)徑上。對(duì)幅板來說，徑向應(yīng)力和圓周應(yīng)力就是主應(yīng)力(在極坐標(biāo)下)，可山下式得出
當(dāng)采用鎖緊器連接時(shí)P’就是鎖緊器外環(huán)與輪彀間的壓強(qiáng)，此時(shí)
求出輪彀外徑后，還要進(jìn)行強(qiáng)度校核，特別要校核輪彀孔的應(yīng)力狀況。
2.5滾筒體厚度的確定
滾筒體厚度的確定，主要問題在于膠帶與滾筒體之間的壓力分布很難確定。因此，一般認(rèn)為，只要滾筒體厚度幅板厚度即可(特別是鑄焊滾筒，底盤幅板在外圓處厚度等于短圓環(huán)厚度)。設(shè)計(jì)時(shí)亦可參照表1選用。
滾筒體厚度δ mm
2.6鑄焊滾筒底盤與中間筒體焊縫位置的確定
根據(jù)下述原則和用實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納整理的經(jīng)驗(yàn)公式來確定最佳位置。
(1)距幅板一定距離，一定有一個(gè)最小(甚至為0)的臨界應(yīng)力的接縫。
(2)在2幅板附近(應(yīng)力最小甚至為0的地方)，當(dāng)?shù)妆P旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，應(yīng)符合一個(gè)交變負(fù)荷循環(huán)，而離幅板較遠(yuǎn)處可達(dá)2個(gè)交變負(fù)荷循環(huán)。
最佳位置與筒體平均半徑Rt和筒體厚度有關(guān)，經(jīng)驗(yàn)公式為
式中L'—底盤外端面至幅板中心的距離
第三節(jié) 帶式輸送機(jī)滾筒參數(shù)確定
滾筒是鋼繩芯帶式輸送機(jī)中主要部件,滾筒參數(shù)的確定對(duì)帶式輸送機(jī)至關(guān)重要。滾筒主要尺寸參數(shù)是寬度與直徑;主要力學(xué)參數(shù)是最大張力與最大扭矩。
2.3.1滾筒寬度
滾筒寬度取決于帶寬,它們之間的關(guān)系如表2所示。滾筒寬度大于輸送帶寬度的原因是考慮到輸送帶在滾筒上可以容許的跑偏。
表2 輸送帶與滾筒寬度的關(guān)系
2.3.2滾筒直徑
滾筒直徑都希望盡可能地采用最小的滾筒直徑,然而為了選用小直徑的滾筒,必須考慮如下因素:
(1)輸送帶表面比壓力 如表面比壓力很大,鋼繩芯輸送帶表面就沿鋼繩間距出現(xiàn)凹凸,由此造成鋼絲繩周圍橡膠蠕變和變形疲勞,使鋼絲繩與橡膠的粘著力降低,而且會(huì)使覆蓋膠局部磨損,故表面比壓力不能太高。
(2)輸送帶內(nèi)鋼絲繩所受彎曲應(yīng)力要小 輸送帶內(nèi)鋼絲繩在繞過滾筒時(shí)要經(jīng)受反復(fù)彎曲,促使鋼絲繩疲勞。為減少疲勞應(yīng)使Ｄ/ｄ≥150。
(3)限制覆蓋膠變形量 在覆蓋膠較厚時(shí)才考慮這點(diǎn)。為避免覆蓋膠彎曲疲勞,要使其變形量小于60%,即
第四節(jié) 常見滾筒的失效形式和改造措施
ＤT—75帶式輸送機(jī)具有整機(jī)性能好,運(yùn)力較大,安裝拆除方便快捷等特點(diǎn),因此在礦山運(yùn)輸中得到了廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的ＤT—75帶式輸送機(jī)的主要部件之一的傳動(dòng)滾筒,因其結(jié)構(gòu)不合理,事故率較高,嚴(yán)重地影響著輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。我們分析了傳動(dòng)滾筒的受力情況和滾筒結(jié)構(gòu)上的缺陷,以便對(duì)傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,降低傳動(dòng)滾筒的損壞事故。下面以ＤT—75帶式輸送機(jī)滾筒為例分析滾筒常見的失效形式
2.4.1 傳動(dòng)滾筒受力分析
帶式輸送機(jī)是由2臺(tái)ＳＤＢ—40(40ｋＷ)電動(dòng)機(jī)分別拖動(dòng)兩滾筒,兩滾筒與輸送帶通過摩擦傳動(dòng)來工作的,圖2-6是兩滾筒的受力情況。根據(jù)歐拉公式,兩滾筒被拖動(dòng)時(shí),所需電機(jī)牽引力比值為: ,約等于2。雖然設(shè)計(jì)中充分考慮了功率分配不均的問題,但在實(shí)際運(yùn)行中滾筒Ⅰ所需牽引力比滾筒Ⅱ要大一些,因此,滾筒Ⅰ的使用壽命比滾筒Ⅱ要低,滾筒Ⅰ事故率最高。
圖2-6 ＤT—75輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒受力分析圖解
2.4.2傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)分析
傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)分析ＤT—75帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)如圖2-6所示,傳動(dòng)滾筒的主軸與滾筒的卷筒連接形式有3種,其中2種是可拆連接,即鍵聯(lián)接和螺釘聯(lián)接。另一種是不可拆連接焊接點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)維修方便,裝配復(fù)雜,主軸與滾筒的卷筒同軸度差,而此滾筒實(shí)際運(yùn)行中常為螺釘組聯(lián)接處。在滾筒設(shè)計(jì)中該處聯(lián)接強(qiáng)度符合輸送機(jī)正常運(yùn)行使用要求,但由于煤礦井下自然條件惡劣,帶式輸送機(jī)運(yùn)行過程中,滾筒在沖擊和振動(dòng)的變載下,螺釘組聯(lián)接處螺紋副間和支承面間的摩擦阻力可能減小或瞬間消失,這種情況的多次反復(fù),就會(huì)使?jié)L筒螺釘組聯(lián)接逐漸松動(dòng),雖然滾筒螺釘組均采取了設(shè)置彈簧墊圈的防松措施,但彈簧墊圈在沖擊振動(dòng)下工作性能不可靠,彈簧墊圈稍一失效,就會(huì)使螺釘組(尤其是減速機(jī)側(cè))受到大的徑向剪切力和軸向拉力而斷裂,因ＤT—75帶式輸送機(jī)的整體性好而無法進(jìn)行外觀檢查,滾筒Ⅰ在減速機(jī)側(cè)的螺釘組逐漸剪切斷裂,該側(cè)滾筒的卷筒與主軸脫落,造成輸送機(jī)停運(yùn)事故。這是滾筒Ⅰ損壞的主要原因。
圖2-6 ＤT—75帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)圖
另外,從圖2-5可以看出,滾筒Ⅱ在減速機(jī)側(cè)是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的,在沖擊和振動(dòng)的變載下,長(zhǎng)期運(yùn)行螺釘會(huì)逆向返松,造成彈簧失效,逐漸脫落。其余的螺釘承受不了大的負(fù)荷而造成逐漸剪切拉斷,該側(cè)滾筒的卷筒與主軸脫落,這是滾筒Ⅱ損壞的主要原因。
2.2.3傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)改造
在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中, ＤT—75型帶式輸送機(jī)主傳動(dòng)滾筒的主要失效部位是6條Ｍ24聯(lián)接螺栓,在沖擊力的作用下松動(dòng),輻板和輪轂螺栓聯(lián)接孔產(chǎn)生間隙,最后螺栓變形切斷,造成事故。
圖2-7 主傳動(dòng)滾筒原結(jié)構(gòu)
1 滾皮 2 輻板 3 輪轂 4 軸 5 聯(lián)接螺栓
如圖2-7所示,輻板￠340圓上的6條聯(lián)接螺栓的旋合深度只有25ｍｍ,而Ｍ24螺紋的螺距是3ｍｍ,只有8牙螺紋,旋合長(zhǎng)度太短,在沖擊力作用下,處于懸臂狀態(tài)的螺栓穩(wěn)定性差,易松動(dòng);輻板和輪轂在￠340圓上均布設(shè)置2個(gè)錐度穩(wěn)釘,在沖擊力的作用下,錐度穩(wěn)釘也易松動(dòng)或退出失效。
聯(lián)接結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
(1)如圖2-8所示,是改進(jìn)后ＤT—75型帶式輸送機(jī)主傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu),它是在主傳動(dòng)滾筒原結(jié)構(gòu)不變的情況下,只是在輻板聯(lián)接螺栓位置加厚25ｍｍ,增加了Ｍ24螺栓的旋合長(zhǎng)度,普通Ｍ24螺紋旋合長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)取36ｍｍ以上。螺栓旋合長(zhǎng)度的增加,增強(qiáng)了螺紋聯(lián)接在懸臂狀態(tài)下的穩(wěn)定性,增強(qiáng)了螺栓的防松動(dòng)能力。
圖 2-8 改進(jìn)后主傳動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)
(2)如圖2-9所示,是改進(jìn)后輻板和輪轂聯(lián)接的2個(gè)螺紋穩(wěn)釘。它的加工工藝路線是:輻板和輪轂用Ｍ24×90的螺栓聯(lián)接起來后,在￠340圓上均布加工2個(gè)Ｍ24螺紋聯(lián)接穩(wěn)釘螺孔,然后用Ｍ24×65螺栓將輻板和輪轂穩(wěn)在一起,穩(wěn)釘不會(huì)退出。
圖2-9 改進(jìn)后輻板與軸轂聯(lián)接結(jié)構(gòu)
1 滾筒皮 2 Ｍ24穩(wěn)釘 3 輻板 4 輪轂
第三章 新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒的特點(diǎn)
從以上分析和常見滾筒的失效形式和改造措施來看，絕大部分廠家在遇到問題時(shí)僅僅對(duì)滾筒的連接部分進(jìn)行改造，這樣一來，對(duì)滾筒的整體質(zhì)量改進(jìn)有限，不能大幅度地提高滾筒的質(zhì)量和使用壽命。
基于生產(chǎn)實(shí)踐的需求，我們開發(fā)了新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒以解決使用壽命短、易損壞的缺點(diǎn)。
第一節(jié) 新型滾筒的特點(diǎn)
我國(guó)常用的DT75型系列和DTII型系列帶式輸送機(jī)的滾筒，其結(jié)構(gòu)都是將滾筒與接盤選用過度配合加鍵聯(lián)接安裝或采用脹套進(jìn)行聯(lián)接。實(shí)踐中存在如下問題:(1)采用鍵聯(lián)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，是滾筒的使用壽命縮短。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)，也需要很高技術(shù)要求，如果稍有差錯(cuò)就會(huì)釀成大禍。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)。
圖3-1 主傳動(dòng)滾筒原結(jié)構(gòu)
1 滾皮 2 輻板 3 輪轂 4 軸 5 聯(lián)接螺栓
現(xiàn)在有些廠家生產(chǎn)的傳動(dòng)滾筒還采用在筒體上的輻板與軸體上的輪轂通過4—6個(gè)的螺栓聯(lián)接而成的。接盤輪轂與滾筒軸之間的聯(lián)接為脹套聯(lián)接,通過軸向相對(duì)滑動(dòng)使脹套徑向脹大,把接盤與軸聯(lián)接為一體。這種形式常出現(xiàn)問題，螺栓聯(lián)接屬于間隙配合,在滾筒長(zhǎng)期運(yùn)行過程中,會(huì)由于反復(fù)應(yīng)力的作用而松動(dòng),松動(dòng)后傳動(dòng)軸與筒體之間扭矩主要靠螺栓承擔(dān),使螺栓受到的剪切力大大增加,從而導(dǎo)致螺栓損壞。
我們對(duì)滾筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造，改造后的傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)如圖3-2所示, 滾筒輪彀與輻板采用鑄鋼件，為一體結(jié)構(gòu)，。傳動(dòng)滾筒取消了強(qiáng)度較低的螺釘組連接,使主軸與傳動(dòng)滾筒的卷筒由3處聯(lián)接改為2處連接,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)，主軸與滾筒的卷筒同軸度較好,并且在保證主軸設(shè)計(jì)強(qiáng)度不變的情況下,改變了主軸局部尺寸, 輪轂與滾筒軸的配合，采用日本 NC公司的專用工藝，采用輪彀內(nèi)孔定位（過盈配合），確保滾筒的安全性。該傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,加工、安裝及損壞維修極為方便,使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)滾筒。
圖3-2帶式輸送機(jī)傳動(dòng)滾筒結(jié)構(gòu)圖(改造后)
傳統(tǒng)剛性構(gòu)造的滾筒，外直徑比較小，而且外筒和鏡板的鋼板、設(shè)計(jì)厚度都很厚。這種結(jié)構(gòu)，在外筒與鏡板的焊接處，鏡板與套的界面等斷面形狀和材料厚度有變化的部位，應(yīng)力極容易集中。在這些應(yīng)力集中部位，很容易發(fā)生龜裂，整體強(qiáng)度低。
柔性構(gòu)造的滾筒，外直徑大，而且外筒、鏡板的厚度適中。柔性構(gòu)造的滾筒允許外筒和鏡板具有適當(dāng)?shù)膿隙?，使這些部件在容許的范圍內(nèi)分擔(dān)部分應(yīng)力，避免應(yīng)力集中到外筒與鏡板的焊接處、鏡板與套的界面等特定位置，實(shí)現(xiàn)均勻的應(yīng)力分布，增強(qiáng)整體強(qiáng)度。這種理論與超高層大樓必須采用柔性構(gòu)造的理論相同
第二節(jié)滾筒焊接工藝的改進(jìn)
3.2.1滾筒結(jié)構(gòu)分析
滾筒由軸、筒皮及兩個(gè)接盤組成,接盤是鑄鋼件,筒皮由鋼板卷制而成。其結(jié)構(gòu)及材質(zhì)如圖3-2、表3-1所示。
圖3-2 滾筒結(jié)構(gòu)示意
1-滾筒軸;2—圓筒;3—焊縫;4—接盤
表3-1 滾筒各組成部分材質(zhì)
軸與接盤采用過盈配合聯(lián)接,接盤與筒皮采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接,驅(qū)動(dòng)力傳遞給滾筒軸，軸帶動(dòng)滾筒整體轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)膠帶運(yùn)行。接盤與筒體之間的焊接是制造滾筒的關(guān)鍵工藝,以前國(guó)內(nèi)的滾筒常在接盤與圓筒的焊縫處破壞。按設(shè)計(jì)要求,焊縫質(zhì)量必須達(dá)到ＪＢ1152-81超聲波探傷Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。接盤和圓筒的焊接坡口如圖3-2、圖3-3所示。
圖3-2 焊接坡口(對(duì)接) 圖3-3 焊接坡口(搭接)
1—接盤;2—圓筒 1—接盤;2—圓筒
結(jié)構(gòu)是對(duì)接,如果仍用埋弧焊打底焊,就會(huì)產(chǎn)生燒穿現(xiàn)象。因此采用圖3-3對(duì)接接頭關(guān)鍵是保證焊縫根部既要熔透,又不能燒穿。另外如圖3-1所示滾筒軸的中段粗,軸和圓筒及接盤必須同時(shí)裝配,也就是在焊接前必須將軸穿入接盤及圓筒。這樣在焊接時(shí),焊縫內(nèi)側(cè)就無法加焊接藥墊施焊,只能在外側(cè)單面焊。另外,在設(shè)計(jì)上不允許在焊縫內(nèi)側(cè)加墊板,只有在焊縫內(nèi)側(cè)不加墊板的情況下,采用單面焊雙面成形的方法焊接,并達(dá)到探傷標(biāo)準(zhǔn)。如出現(xiàn)焊縫根部未熔透或燒穿缺陷,返修相當(dāng)困難,只能一次焊成合格。
3.2.2 焊接工藝的確定
(1)焊接方法。首先對(duì)焊接部位加熱，并采用ＣＯ2和Ａｒ混合氣體保護(hù)焊的方式進(jìn)行焊接，混合氣體保護(hù)焊能克服ＣＯ2氣體保護(hù)焊的缺點(diǎn),能保證焊接質(zhì)量。焊接時(shí),將滾筒放在滾輪架上轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速可以控制，保證焊縫根部能熔透又不出現(xiàn)焊穿等缺陷。現(xiàn)在可以利用專用設(shè)備實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化。
(2)焊接材料。①氣體保護(hù)焊材料:焊絲Ｈ08Ｍｎ2ＳｉＡ,直徑1 2ｍｍ,保護(hù)氣體25%ＣＯ2+75%Ａｒ。
(3)焊前準(zhǔn)備。清除坡口和坡口兩側(cè)50ｍｍ范圍內(nèi)及焊絲上的水、銹、油污等雜質(zhì)。焊劑431須經(jīng)250℃烘干2ｈ后再使用。
(4)滾筒裝配和坡口尺寸。
①滾筒裝配時(shí)軸和圓筒及接盤應(yīng)同時(shí)裝配,先將一個(gè)接盤裝在軸上,然后將軸穿入圓筒,接盤與圓筒對(duì)正后用聯(lián)接板定位焊,再將另一接盤裝在軸的另一端以同樣主法固定圓筒和另一接盤,;②坡口尺寸:坡口尺寸的關(guān)鍵是間隙和鈍邊的大小,若間隙小、鈍邊大,焊接時(shí)不易熔透,反之又容易出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象。
(5)焊接工藝參數(shù)。焊縫采用氣體保護(hù)焊一次焊接成形,采用逆向焊接效果極佳。
(6)焊后回火。由于滾筒軸已經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,如滾筒整體回火會(huì)降低軸的性能,只能對(duì)焊縫局部回火處理。采用了履帶式遠(yuǎn)紅外加熱器對(duì)焊縫回火處理,消除焊接殘余應(yīng)力,即將加熱器包在焊縫上,再蓋上保溫棉。回火曲線如圖3-4所示。
圖3-4 回火曲線
焊縫回火24ｈ以后,按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊縫探傷檢驗(yàn)，焊縫質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
第三節(jié)密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
滾筒在工作面端頭,由于受采壓的影響,圍巖變形、頂板破碎、淋水及底板凹凸不平等,條件非常惡劣,特別是淋水、煤泥積水和浮煤等污物對(duì)滾筒軸承浸漬研磨非常嚴(yán)重。根據(jù)條件不同,使用時(shí)間最短的約一個(gè)月?lián)p壞,致使停機(jī)更換。同時(shí)更換一次滾筒還需對(duì)輸送帶重新進(jìn)行牽力調(diào)整、張力調(diào)整和運(yùn)行調(diào)偏的工作。所以滾筒的損壞不單是本身的問題,來會(huì)影響到輸送機(jī)的安全運(yùn)行,影響到工作面的連續(xù)出煤,降低采掘系統(tǒng)的開機(jī)率。
現(xiàn)行帶式輸送機(jī)向滾筒的軸承密封均采用旋轉(zhuǎn)軸唇型密封,習(xí)慣稱為骨架油封, 圖3-5為現(xiàn)代彈性體徑向唇型密封結(jié)構(gòu),柔性環(huán)狀隔膜的一端為密封唇口,另一瑞與金屬骨架固聯(lián)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,由于α>β,接觸壓力分布不對(duì)稱,最大接觸應(yīng)力靠近α側(cè),軸旋轉(zhuǎn)后在密封界面產(chǎn)生磨擦剪力,由此導(dǎo)致彈性體的表面發(fā)生切向變形,將導(dǎo)致軸承損壞在后來進(jìn)行的密封設(shè)計(jì)中,又增加了一組骨架油封,采用背靠背組合安裝,見圖3-6,即外側(cè)的密封圈α角對(duì)污染端,內(nèi)側(cè)的密封圈α角對(duì)軸承端,該設(shè)計(jì)對(duì)于仍存在的磨損泄露問題仍未解決。經(jīng)運(yùn)行試驗(yàn)分析,首先是軸的表面粗糙度問題,實(shí)驗(yàn)表明:合適的軸表面粗糙度范圍為Ｒａ=0.2～0.6μｍ,而實(shí)際上這個(gè)指標(biāo)在生產(chǎn)中達(dá)不到,一般經(jīng)車床精車后的表面粗糙度一般為1 6μｍ,圓周表面過高的微突體在軸旋轉(zhuǎn)后, 產(chǎn)生較高的相對(duì)滑動(dòng)摩擦力,由于對(duì)偶表面存在較高的硬度差,軸表面過高的微突體
圖3-5 彈性體唇形密封的構(gòu)成及其唇部結(jié)構(gòu)
對(duì)密封圈唇口起了“犁削”作用,不斷的將材料從表面去除,這種兩體磨料損也稱為低應(yīng)力磨損的破壞,加大了軸與唇口的間隙,加速了煤水滲透。然后煤泥水中的煤和矸石微粒,在隨水的滲透浸漬到了密封圈唇口,并在唇口聚積,隨著旋轉(zhuǎn)時(shí)間的繼續(xù),煤和矸石微粒加入到兩個(gè)相對(duì)滑動(dòng)的表面,稱為高應(yīng)力磨損的破壞,間隙越來越大,浸漬泥沙越來越多,最后造成軸承的銹蝕與研磨破壞,被迫更換滾筒,影響到設(shè)備的安全無損運(yùn)行。
圖3-6 組合油封
3.3.1 密封方式選擇與密封機(jī)理分析
經(jīng)過對(duì)多種動(dòng)密封結(jié)構(gòu)形式的分析研究,決定采用比較傳統(tǒng)而又價(jià)格低廉的軟填料密封設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)見圖3-7,該型密封設(shè)計(jì)是比較傳統(tǒng)的技術(shù),但由于加工容易、價(jià)格低廉、經(jīng)過對(duì)多種動(dòng)密封結(jié)構(gòu)形式的分析研究,決定采用比較傳統(tǒng)而又價(jià)格低廉的軟填料密封設(shè)計(jì)。在未接觸的凹部形成小油槽,有較厚的油膜,當(dāng)軸與填料有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),接觸部位與不接觸部位組成一道不規(guī)則的迷宮,起阻止污漬侵蝕的作用,此作用稱為迷宮效應(yīng).
1—填料;2—轉(zhuǎn)軸;3—填料函;4—壓蓋;5—液封環(huán)
圖3-7 填料密封和基本結(jié)構(gòu)
根據(jù)帶式輸送機(jī)改向滾筒旋轉(zhuǎn)線速度較低,流體污物壓力不大,運(yùn)行溫度不高而侵漬污物侵蝕磨損比較嚴(yán)重的特點(diǎn),決定選用軟填料品種中的聚四氟乙衡侵漬填料(ＰＴＦＥ),ＰＴＦＥ軟填料由純聚四氟乙烯塑料加工成纖維再經(jīng)編織而成,它除了具備密封件所具有的良好性能外,還能與特種潤(rùn)滑劑相配合,避免滲透泄露、污水侵蝕、耐磨損、而且還可以耐一切化學(xué)品的侵蝕。缺點(diǎn)是對(duì)高溫(200℃)和高線速度(8ｍ/ｓ)比較敏感,但是帶式輸送機(jī)改向滾筒則不會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象,所以不需考慮問題的后果。
第四節(jié)常見滾筒軸的失效及更新設(shè)計(jì)
在我們過去生產(chǎn)帶式輸送機(jī)滾筒軸由于其軸徑粗大,造成調(diào)質(zhì)后心部的機(jī)械性能較低,再加上中軸臺(tái)階過渡為尖角,且表面粗糙度低,結(jié)果使該軸在使用時(shí)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。
在經(jīng)過認(rèn)真的分析后認(rèn)為：軸工作時(shí)表面承受交變的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,且受到一定的沖擊力作用,所以軸表面工作應(yīng)力最大。尖角的出現(xiàn)造成了應(yīng)力的特別集中,在長(zhǎng)期交變應(yīng)力作用下,尖角過渡區(qū)就逐漸形成了微觀裂紋,應(yīng)力集中又使裂紋逐漸擴(kuò)展,由微觀變?yōu)楹暧^,繼而使軸截面嚴(yán)重削弱,最后發(fā)生突然脆斷,即產(chǎn)生了疲勞破壞。對(duì)該軸宏觀斷口的特征觀察，在軸表面有許多裂紋源同時(shí)向中心擴(kuò)展,裂紋長(zhǎng)度為4～5ｍｍ。而最后瞬斷區(qū)的面積較大,證明軸是在較大的應(yīng)力下破斷的。
通過金相顯微鏡下觀察的滾筒軸表面及心部組織均為細(xì)粒狀珠光體加網(wǎng)狀鐵素體,晶粒度按ＹＢ27—77標(biāo)準(zhǔn)評(píng)為6級(jí),這說明滾筒軸經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后內(nèi)部組織僅為正火處理的組織,調(diào)質(zhì)處理對(duì)45鋼,140ｍｍ的滾筒軸來說只起到了正火作用。由于鐵素體強(qiáng)度低(σｂ=230ＭＰａ),在外載的作用下不僅容易引起塑性流變,而且抗疲勞性能低,疲勞裂紋極易從鐵素體處形成。另外該軸材質(zhì)中有較多的灰色非金屬夾雜物沿軸表向里條狀分布,這些非金屬夾雜物分布在軸表面,不僅削弱鋼材自身強(qiáng)度,而且是應(yīng)力集中處,繼而成為裂紋源,加速了軸的疲勞斷裂。
3.4.1改造方案
（1）結(jié)構(gòu)改進(jìn)
通過對(duì)滾筒軸斷裂的原因分析得出： 應(yīng)力集中是造成該軸疲勞破壞的主要原因,要改善軸的抗疲勞強(qiáng)度,減少軸在剖面突變處的應(yīng)力集中,應(yīng)適當(dāng)增大其過渡圓角半徑ｒ,同時(shí)還要使零件能得到可靠定位。為此我們改變了軸的結(jié)構(gòu)工藝性,將尖角處改為ｒ=63的過渡圓角,且表面粗糙度提高到Ｒａ0.8,同時(shí)采用軸套進(jìn)行軸向定位.
（2）熱處理工藝改進(jìn)
從滾筒軸的金相分析圖中可以看出,調(diào)質(zhì)處理后滾筒軸表面組織存在大量的網(wǎng)狀鐵素體,且組織不均勻。這些鐵素體極易產(chǎn)生疲勞裂紋,加速軸的疲勞斷裂,因此要增強(qiáng)軸的疲勞強(qiáng)度,必須消除大面積網(wǎng)狀鐵素體。正火處理用于亞共析鋼(如45鋼),可抑制或消除網(wǎng)狀鐵素體的形成,使組織細(xì)化,成分均勻,從而改善鋼件的機(jī)械性能。雖然正火的工藝性不如調(diào)質(zhì)好,但對(duì)滾筒軸而言正火使其獲得的機(jī)械性能依然能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)證明:正火后的軸表面脫碳及氧化程度較輕,涂防氧化涂料處尺寸正火前后變化不大,僅為±0 02,并經(jīng)有關(guān)金相檢驗(yàn)分析,原組織內(nèi)大面積網(wǎng)狀鐵素體基本消除,成分均勻,晶粒度達(dá)到5級(jí),硬度符合性能要求(正火后ＨＢ162～217)。
改進(jìn)后,大大降低了傳動(dòng)滾筒軸的返修率,提高了滾筒的使用壽命,也使輸送機(jī)的效率得到提高。經(jīng)用戶試用,效果非常滿意。
第四章 新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒的
社會(huì)經(jīng)濟(jì)性效益分析
帶式輸送機(jī)耗電量及膠帶使用壽命與滾筒有著密切的關(guān)系。幾十年來,帶式輸送機(jī)的滾筒都是脹套或鍵聯(lián)接軸和輪轂，這種結(jié)構(gòu)存在很多諸如價(jià)格較高、壽命較短的弊端。而新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒是在進(jìn)行了大量調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，吸收了日本NC公司先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，克服了傳統(tǒng)滾筒常見問題，投入使用，得到了用戶的一致好評(píng)。該產(chǎn)品不但具有強(qiáng)度大、密封性強(qiáng)、阻燃抗靜電、耐腐蝕、重量輕、摩擦阻力小、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，而且兼有節(jié)電、不損傷膠帶等優(yōu)點(diǎn)。具有高效、節(jié)能、降低成本、延長(zhǎng)使用壽命的優(yōu)良特征。
1、社會(huì)效益
煤礦經(jīng)常發(fā)生膠帶運(yùn)輸線因滾筒、托輥堵轉(zhuǎn),長(zhǎng)時(shí)間與膠帶摩擦升溫,引起局部煤燃燒的事故及膠帶摩擦致使筒皮開口,經(jīng)常引起膠帶縱向撕裂的事故。而新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒即使在堵轉(zhuǎn)受膠帶長(zhǎng)時(shí)摩擦的情況下,最多托輥筒皮自身?yè)p壞,根本不會(huì)發(fā)生著火或縱向撕裂事故,從而提高了生產(chǎn)中膠帶運(yùn)輸環(huán)節(jié)的安全可靠性。
2經(jīng)濟(jì)效益
2.1新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒的結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的改變，取消了脹套和鍵連接，使得每只要比其他滾筒節(jié)約生產(chǎn)成本2000多元, 按全國(guó)每年使用30萬個(gè)計(jì)算采用新型滾筒可減少生產(chǎn)成本6億。
2.2延長(zhǎng)滾筒和膠帶使用壽命
傳統(tǒng)剛性構(gòu)造的滾筒，外直徑比較小，而且外筒和鏡板的鋼板、設(shè)計(jì)厚度都很厚。這種結(jié)構(gòu)，在外筒與鏡板的焊接處，鏡板與套的界面等斷面形狀和材料厚度有變化的部位，應(yīng)力極容易集中。在這些應(yīng)力集中部位，很容易發(fā)生龜裂，整體強(qiáng)度低。
柔性構(gòu)造的滾筒，外直徑大，而且外筒、鏡板的厚度適中。柔性構(gòu)造的滾筒允許外筒和鏡板具有適當(dāng)?shù)膿隙?，使這些部件在容許的范圍內(nèi)分擔(dān)部分應(yīng)力，避免應(yīng)力集中到外筒與鏡板的焊接處、鏡板與套的界面等特定位置，實(shí)現(xiàn)均勻的應(yīng)力分布，增強(qiáng)整體強(qiáng)度。這種理論與超高層大樓必須采用柔性構(gòu)造的理論相同
我們?cè)谀车V務(wù)局新安裝的帶式輸送機(jī)進(jìn)行了嘗試，帶式輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度500ｍ,帶寬800ｍｍ,是1部2×40ｋＷ電機(jī)拖動(dòng)的落地式輸送機(jī)。采用新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒后的狀況是:膠帶依然相當(dāng)完整,而在相同的條件下,比使用普通滾筒膠帶使用壽命延長(zhǎng)一倍以上。節(jié)約價(jià)值計(jì)算如下：
年節(jié)約膠帶價(jià)值: 37200元;
年節(jié)約滾筒價(jià)值:8000元;
年節(jié)約膠帶和滾筒材料價(jià)值:37200+12100=45200元;
按鋪設(shè)長(zhǎng)度折合,每米年節(jié)約價(jià)值為:45200÷500=90.4元;
若礦務(wù)局生產(chǎn)系統(tǒng)2萬ｍ帶式輸送機(jī)全部使用新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒,全局年節(jié)約材料價(jià)值可達(dá)181萬元。
2.3節(jié)電效益
新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒比傳統(tǒng)的滾筒重量輕、,摩擦阻力小,節(jié)電降耗顯而易見。我們對(duì)某電廠新安裝的帶式輸送機(jī)進(jìn)行了電功率實(shí)測(cè)對(duì)比?！ 「鶕?jù)載煤運(yùn)行兩種情況的測(cè)試結(jié)果 , ,按現(xiàn)行電價(jià)0.65元 (ｋＷｈ),依照常規(guī)計(jì)算方法,該帶式輸送機(jī)的年節(jié)電效益為:300×14×15×0.65=40950元
(其中15KW為傳統(tǒng)滾筒載煤時(shí)功率與新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒載煤時(shí)功率差);按鋪設(shè)長(zhǎng)度折合,每米年節(jié)電效益:40950/500=81.9元;若全廠生產(chǎn)系統(tǒng)的2萬ｍ帶式輸送機(jī)全部采用新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒,全局年節(jié)電效益可達(dá)164萬元。
新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒 既具有安全性,又具有經(jīng)濟(jì)性, 可延長(zhǎng)膠帶使用壽命一倍以上，,年節(jié)約材料價(jià)值和節(jié)電效益兩項(xiàng)可達(dá)173元/ｍ。礦務(wù)局整體經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)345萬元以上。因此,改變傳統(tǒng)認(rèn)識(shí),加大推廣力度,將為生產(chǎn)帶來巨大的社會(huì)效益和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
第五章 總 結(jié)
我們?cè)谠O(shè)計(jì)期內(nèi), 查閱了大量的國(guó)內(nèi)外資料, 分析現(xiàn)有滾筒在生產(chǎn)中存在的問題,瞄準(zhǔn)世界領(lǐng)先生產(chǎn)技術(shù),在原來的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，目前已達(dá)到較為先進(jìn)的水平。與國(guó)內(nèi)外其它產(chǎn)品相比較具有以下突出優(yōu)勢(shì):
1新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒完全采用日本JS標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)工藝發(fā)生了根本性改變。接盤與滾筒軸的配合，采用日本 NC公司的專用工藝，采用輪彀內(nèi)壁定位（過盈配合），保證筒體與軸之間不產(chǎn)生爬行，使得改向滾筒全部采用免脹套、免鍵聯(lián)接方式，傳動(dòng)滾筒采用免脹套、過盈配合、靠鍵聯(lián)接方式，確保滾筒的安全性。
2使用壽命長(zhǎng). 整個(gè)滾筒由于采用了等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，并針對(duì)每條膠帶的輸送量、長(zhǎng)度、帶速制定滾筒的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，減少材料用量，降低了滾筒的成本，提高了滾筒的使用壽命
3具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益. 一只要比其他滾筒節(jié)約生產(chǎn)工具成本2000多元,按全國(guó)每年使用30萬個(gè)計(jì)算采用新型滾筒可減少生產(chǎn)成本6億；在節(jié)省電力的同時(shí)使用壽命延長(zhǎng)一倍以上, 同時(shí)可以有效地延長(zhǎng)膠帶的使用壽命，將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益.
總之, 新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強(qiáng)度滾筒相比具有突出的優(yōu)勢(shì),各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如靜平衡﹑使用壽命等遙遙領(lǐng)先,同時(shí)單個(gè)重量的降低和加工工藝的簡(jiǎn)化又使得新型滾筒的成本大大步降低.在社會(huì)需求量巨大的前提下, 該項(xiàng)目將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益.
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