某配重改向滾筒開裂分析及改進(jìn)方法

陳浩

摘 要：從滾筒結(jié)構(gòu)、加工工藝、材料等方面對(duì)開裂原因進(jìn)行了分析，主要是筒皮鋼材厚度不足，且焊接質(zhì)量不佳導(dǎo)致的應(yīng)力集中，最終在復(fù)雜的交變載荷下產(chǎn)生的疲勞。

關(guān)鍵詞：滾筒;開裂分析;交變應(yīng)力

1情況介紹

管帶機(jī)配重90度改向滾筒共有2件，使用過程中先后出現(xiàn)筒皮開裂，且開裂情況基本相同。開裂的滾筒型號(hào)為？630*2150膠面改向滾筒，為找出開裂原因，避免系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)滾筒從設(shè)計(jì)選型、材質(zhì)、制造等面面進(jìn)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(yùn)行過程中發(fā)出異響，停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)滾筒包膠出現(xiàn)一圈裂口。將開裂處的包膠清除后，發(fā)現(xiàn)筒皮已經(jīng)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(huán)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(shè)計(jì)情況

2.2.1管帶機(jī)主要技術(shù)參數(shù)為：

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

滾筒型號(hào)：DTII（A）180B306

2.2.2滾筒受力計(jì)算

Fn=FUmax+2S1=115kN

根據(jù)Fn按照帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得，DTII（A）180B306型號(hào)滾筒許用合力為160kN，因此所選擇的滾筒型號(hào)能夠滿足使用要求。

2.3滾筒受力特點(diǎn)分析

2.3.1此滾筒為配重改向滾筒，輸送帶對(duì)滾筒包角較小，單位面積所承受的壓強(qiáng)相對(duì)較大，而且輸送帶邊緣長(zhǎng)期在滾筒環(huán)縫處施壓，滾筒除受彎曲力以外還受到剪切應(yīng)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(shè)置一方面造成筒皮減薄，另一方面造成滾筒所受應(yīng)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(huán)縫焊接

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

滾筒的以上幾個(gè)特點(diǎn)，都增加了滾筒開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4接盤處焊接質(zhì)量分析

2.4.1焊接工藝

滾筒結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(cè)容易出現(xiàn)焊不透的情況。

根據(jù)GB/T11345和GB/T10595的要求，角焊縫的檢測(cè)位置如下：

而筒體表面為曲面，檢測(cè)存在困難，對(duì)焊縫是否焊透沒有確定的依據(jù)，而實(shí)際開裂位置正處于焊縫上方。

2.5對(duì)筒皮厚度進(jìn)行測(cè)量，數(shù)值如下

根據(jù)GB/T10595的要求，筒皮最小壁厚b1應(yīng)符合：

b1》=b-1的要求

設(shè)計(jì)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(yuǎn)不能滿足要求。

3失效原因綜合分析

3.1檢驗(yàn)結(jié)果

3.1.1滾筒設(shè)計(jì)選型滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求;

3.1.2滾筒筒皮鋼板厚度比設(shè)計(jì)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(yán)重不足，導(dǎo)致滾筒強(qiáng)度嚴(yán)重下降。

3.2結(jié)論

滾筒材質(zhì)為普通碳鋼，對(duì)熱影響并不敏感，因此滾筒開裂主要是強(qiáng)度不足和焊接質(zhì)量不佳。結(jié)合上面分析，可判斷此滾筒開裂的主要原因是筒皮厚度嚴(yán)重不足，且筒皮與接盤的焊縫未焊透。

4改進(jìn)建議

4.1筒皮卷制前應(yīng)選擇厚度略大于設(shè)計(jì)要求的鋼板，避免在后期進(jìn)行車外圓、車U型槽時(shí)減薄，造成滾筒強(qiáng)度不足。

4.2筒皮在進(jìn)行外圓校正以及接盤加工時(shí)應(yīng)保證足夠的圓度，避免在焊接時(shí)由于間隙過大而產(chǎn)生局部的應(yīng)力集中。

4.3滾筒環(huán)形焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱，消除應(yīng)力;滾筒焊接過程中除選擇合理的電流、焊條外還應(yīng)保證合適的焊接角度。建議將滾筒以30 o-45o角放置在可轉(zhuǎn)動(dòng)的焊接平臺(tái)上，確保焊透。

5結(jié)語

經(jīng)過以上幾項(xiàng)分析，在后續(xù)實(shí)際生產(chǎn)中，將筒皮厚度提高到23mm，提高了滾筒整體強(qiáng)度。現(xiàn)場(chǎng)更換后，使用至今未發(fā)現(xiàn)異常情況。在滾筒的設(shè)計(jì)選型時(shí)，要充分考慮到實(shí)際生產(chǎn)工藝對(duì)理論強(qiáng)度存在一定的減弱，另外還要充分考慮到滾筒運(yùn)行過程中所受的復(fù)雜應(yīng)力，因此要盡量提高滾筒設(shè)計(jì)的安全系數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

1《圓管帶式輸送機(jī)》（JB/T10380-2013）

2《某拉緊改向滾筒開裂分析及改進(jìn)方法》（《科技與企業(yè)》2012年12月下）

3《DTII（A）型帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（冶金工業(yè)出版社2013）

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