某配重改向滾筒開裂分析及改進方法

陳浩

摘 要：從滾筒結構、加工工藝、材料等方面對開裂原因進行了分析，主要是筒皮鋼材厚度不足，且焊接質量不佳導致的應力集中，最終在復雜的交變載荷下產生的疲勞。

關鍵詞：滾筒;開裂分析;交變應力

1情況介紹

管帶機配重90度改向滾筒共有2件，使用過程中先后出現筒皮開裂，且開裂情況基本相同。開裂的滾筒型號為？630*2150膠面改向滾筒，為找出開裂原因，避免系統性風險，對滾筒從設計選型、材質、制造等面面進行分析。

2斷裂原因分析

2.1斷裂具體情況

2.1.1滾筒在運行過程中發出異響，停機檢查發現滾筒包膠出現一圈裂口。將開裂處的包膠清除后，發現筒皮已經呈貫穿性開裂。斷裂口距滾筒端部邊緣約150mm。

2.1.2滾筒裂口整體沿筒皮圓周形成環形，局部地方形成蛇形且存在并列的裂紋和向軸向裂紋。檢查筒皮與接盤之間角焊縫外觀完好，接盤、軸、軸承和軸承座均無異常。

2.2滾筒設計情況

2.2.1管帶機主要技術參數為：

額定輸送能力：2000噸/小時;帶寬1850mm;帶速5米/秒;筒皮厚度：18mm

滾筒型號：DTII（A）180B306

2.2.2滾筒受力計算

Fn=FUmax+2S1=115kN

根據Fn按照帶式輸送機設計手冊可查得，DTII（A）180B306型號滾筒許用合力為160kN，因此所選擇的滾筒型號能夠滿足使用要求。

2.3滾筒受力特點分析

2.3.1此滾筒為配重改向滾筒，輸送帶對滾筒包角較小，單位面積所承受的壓強相對較大，而且輸送帶邊緣長期在滾筒環縫處施壓，滾筒除受彎曲力以外還受到剪切應力。

2.3.2為提高滾筒包膠與筒皮的附著力，出廠前在改向滾筒表面車削U形槽，槽深1mm。U形槽的設置一方面造成筒皮減薄，另一方面造成滾筒所受應力在局部較為集中。

2.3.3開裂滾筒加工工序如下：

筒皮卷制----中軸與接盤熱裝----軸組件穿入筒皮----兩端環縫焊接

由于滾筒長2.15m，受其加工工序的限制，筒體中間位置未設置支撐，導致其抗彎能力較弱。

滾筒的以上幾個特點，都增加了滾筒開裂的風險。

2.4接盤處焊接質量分析

2.4.1焊接工藝

滾筒結構形式見上圖，接盤與筒皮采用焊接連接，從外觀檢查來看，焊接平滑均勻。

受結構形式和加工工序的限制，接盤與筒皮只能是單邊焊接，且焊接坡口只能在接盤上加工。接盤厚度約20mm，焊接過程中坡口最里側容易出現焊不透的情況。

根據GB/T11345和GB/T10595的要求，角焊縫的檢測位置如下：

而筒體表面為曲面，檢測存在困難，對焊縫是否焊透沒有確定的依據，而實際開裂位置正處于焊縫上方。

2.5對筒皮厚度進行測量，數值如下

根據GB/T10595的要求，筒皮最小壁厚b1應符合：

b1》=b-1的要求

設計要求名義厚度b=18mm，b-1=17mm

由表可得知筒皮最小壁厚為15.1，遠不能滿足要求。

3失效原因綜合分析

3.1檢驗結果

3.1.1滾筒設計選型滿足相關標準要求;

3.1.2滾筒筒皮鋼板厚度比設計值小2.9mm，筒皮表面車削出深1mm的U形槽，造成滾筒筒皮鋼板厚度嚴重不足，導致滾筒強度嚴重下降。

3.2結論

滾筒材質為普通碳鋼，對熱影響并不敏感，因此滾筒開裂主要是強度不足和焊接質量不佳。結合上面分析，可判斷此滾筒開裂的主要原因是筒皮厚度嚴重不足，且筒皮與接盤的焊縫未焊透。

4改進建議

4.1筒皮卷制前應選擇厚度略大于設計要求的鋼板，避免在后期進行車外圓、車U型槽時減薄，造成滾筒強度不足。

4.2筒皮在進行外圓校正以及接盤加工時應保證足夠的圓度，避免在焊接時由于間隙過大而產生局部的應力集中。

4.3滾筒環形焊接前應進行預熱，消除應力;滾筒焊接過程中除選擇合理的電流、焊條外還應保證合適的焊接角度。建議將滾筒以30 o-45o角放置在可轉動的焊接平臺上，確保焊透。

5結語

經過以上幾項分析，在后續實際生產中，將筒皮厚度提高到23mm，提高了滾筒整體強度?，F場更換后，使用至今未發現異常情況。在滾筒的設計選型時，要充分考慮到實際生產工藝對理論強度存在一定的減弱，另外還要充分考慮到滾筒運行過程中所受的復雜應力，因此要盡量提高滾筒設計的安全系數。

參考文獻：

1《圓管帶式輸送機》（JB/T10380-2013）

2《某拉緊改向滾筒開裂分析及改進方法》（《科技與企業》2012年12月下）

3《DTII（A）型帶式輸送機設計手冊》（冶金工業出版社2013）

（中安聯合煤化有限責任公司? ? 安徽? 淮南? ?232000）