帶式輸送機非標滾筒的設計及計算

摘 要：根據設計及使用經驗，從結構參數和力學參數兩方面進行分析，介紹了滾筒軸、筒皮厚度、壽命的計算方法，對非標滾筒的設計計算有一定的指導意義。

關鍵詞：帶式輸送機；滾筒；設計；計算

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.180

0 引言

帶式輸送機是重要的散狀物料輸送與裝卸設備，廣泛用于礦山、冶金、電力、化工等工業領域，滾筒是帶式輸送機的重要部件，分為傳動滾筒和改向滾筒兩類，滾筒一般由軸、軸承座、輪轂、幅板、筒皮等組成。由于滾筒是帶式輸送機的主要受力部件，隨著帶式輸送機向長距離、大運量方向發展，設計制造出具有合理結構尺寸及足夠承載能力的滾筒，對帶式輸送機整個系統的安全、穩定運行起著重要的作用。因此本文以我公司設計實例對非標滾筒的設計計算進行說明。

1 滾筒初始參數

帶寬B=2000mm，滾筒直徑D=φ1250mm，帶速v=3.15m/s，滾筒緊邊張力T1=395kN，滾筒松邊張力T2=236kN，扭矩Mt≈100kN.m，滾筒軸承支點的間距為2800mm，幅板到軸承支點的距離為400mm。

2 軸強度及剛度的計算

滾筒軸可以簡化為簡支結構，如圖1，L為滾筒軸承支點的間距，A為幅板到軸承支點的距離。

所受力通過幅板和輪轂作用到軸上，這個力可根據作用在滾筒上輸送帶的張力和滾筒的重力計算出，滾筒所受的徑向載荷可以由圖2計算出。圖中T1、T2為滾筒所受張力，W為滾筒的重力，R為合成的徑向力。

F=R/2=313kN

（1）軸伸處直徑：d=17.2× （1）

式中：許用剪切應力[σt]=35 Mpa 45#鋼

Mt-扭轉力矩 N·m

根據式（1）得出d=244mm

因軸伸處有一個鍵槽，得到軸徑需增大至252mm

最終取值dz=280mm>d1 滿足要求。

（2）輪轂處直徑初選：

d3=21.68× （2）

式中：[σp]-許用彎曲應力[σp]=45 Mpa 45#鋼

Mb-彎曲力矩 Mb=F×A=125.2kN·m

kt-校正系數，kt=0.6

根據式（2）得出d3=316mm

（3）擾度、轉角的計算

1）軸擾度：

f≥FA（3L2-4A2）/（24EIm） （3）

式中：f-軸彎曲產生的擾度，鑄焊滾筒取（1/2500～1/3000）L

E-材料的彈性模量，2.06×105 MPa

Im-軸的當量截面慣性矩：

Im=

2） 輪轂處轉角：

θlg≤FA（L-2A）/（2EI） （4）

式中：θ l g-輪轂處轉角，漲套聯接取θ l g≤4'

I-軸的慣性矩，I=πd4/64

3）軸承處轉角：

θ z c≤FA（L-2A）/（2EIm） （5）

式中：θ z c -軸承處轉角，軸承公稱內徑≥140mm時θ z c ≤8'

根據式（3）得出軸徑dm=331mm

f取1/2800×L

根據式（4）得出軸徑d3=322mm

根據式（5）得出軸徑d2=271mm

由式（2）、式（4）求出的軸徑，取大值并圓整為標準漲套內徑最終選取漲套處軸徑d3=340mm，選取軸承處軸徑d2=300mm，軸伸處軸徑d1=280mm。

用以上數值按公式dv=，得出dv=335>dm，滿足要求。

3 筒皮厚度計算

筒皮的厚度取決于滾筒的直徑、筒體的長度、輸送帶的張力等因素。滾筒筒皮厚度的計算難度較大，從使用經驗來看，筒皮的中點及靠近幅板處的應力較大。國內外各公司的筒皮計算公式均為經驗計算，本文實例按日本宗孝筒皮進行計算：

[σ]=K（3Tw/L1/t2）D （6）

式中：[σ]-許用應力，Q235-A鋼 ，[σ]=56N/mm2

K-根據包角確定的系數，取K=0.551

Tw-輸送帶緊邊的最大張力；kg

D-滾筒的直徑； mm

t-筒皮厚度； mm

根據式（6）得出筒皮厚度t=27mm。

4 軸承壽命計算

滾筒組的軸承壽命以小時為指標單位，按標準要求滾筒軸承設計壽命不應小于50000小時，按可靠性為90%，則壽命值為

L10=106*（C/Pd）ε/60/n （7）

式中：L10-保證90%可靠性的基本額定壽命，h；

C-軸承基本額定動載荷， N；

Pd-當量徑向動載荷， N；

n-滾筒的轉速， r/min；

ε-壽命指數，對調心滾子軸承，ε=10/3。

滾筒所配軸承為調心滾子軸承，因為軸承的公稱接觸角α≠0°，所以在恒定的徑向和軸向負荷作用下，其當量徑向動載荷為：

Pd=Fr+Y1Fa （8）

式中：Y1-軸向載荷系數，（見軸承樣本）；

Fr-徑向載荷，kN，其關系式為Fr=KT

K-附加載荷系數，K=0.55；

T-滾筒合力，kN；

Fa-軸向載荷，kN，Fa=0.1Fr。

由式（7）、式（8）求出C=1656 kN

選用軸承為22260，查表得Cr=1840 kN>C，滿足要求。

5 結語

滾筒是帶式輸送機的核心部件，其能否安全穩定的運行是整個帶式輸送機的關鍵。根據以上計算方法設計制造的滾筒，通過現場使用情況的分析，完全可以滿足實際實用需求，為今后的非標滾筒設計提供了理論依據。長期的實踐經驗表明滾筒的制造工藝要求對滾筒的使用壽命及性能同樣有非常重要的作用，有配合的部件需進行精確的表面加工，并嚴格執行焊接工藝及相關的檢測要求。

參考文獻：

[1]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2007，

[2]宋偉剛.散狀物料帶式輸送機設計[M].沈陽：東北大學出版社，2000.

[3]金豐民等.帶式輸送機實用技術[M].北京：冶金工業出版社，2012.