带式输送机特大重型滚筒设计_李志见.pdf

带式输送机特大重型滚筒设计 李志见 兖矿集团公司机电设备制造厂 山东 邹城 2 7 3 5 0 0 摘要滚筒失效分析 设计计算及有限元分析 关键词重型滚筒 设计 有限元 中图分类号 T D 5 2 8 1文献标志码 A文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 3 0 6 0 0 6 5 0 3 随着高效集化化生产技术的发展 带式输送机运 距越来长 运量越来大 大带宽 大直径 高张力的带 式输送机的设计开发成为重要课题 本文结合某矿带 宽 1 6 0 0 m m 运量 2 3 5 0 t h 机长 3 6 8 7 m 倾角 0 8 带速 3 5 5 m m s S T 3 5 0 0 钢丝绳芯胶带的强力带式输 送机 介绍直径 1 6 0 0 m m 最大输入扭矩 2 1 8 0 k n m 单边张力 6 2 5 k N的特大重型滚筒的设计 1 滚筒失效分析 1 1 滚洞失效形式 1 裂纹 焊接滚筒的裂纹多出现在辐板与轮毂 及轮毂与筒体处 铸焊滚筒的裂纹多出现在轮毂与 筒体焊接处 2 部变形过大 此种情况多出现筒体的中部 表现形式为筒体中部塌陷 3 压裂 滚筒长期受到较大比压作用下 滚筒 压裂破坏 4 账套损坏 连接螺栓被剪断或者弯曲变形过 大 1 2 滚筒失效产生的原因 1 理论计算不符合实际情况 2 原材料有缺陷 如内部裂纹等 3 结构不合理 过渡部分刚度相差过大 4 焊接工艺不对 焊接处清洗不净 5 使用不当 如过载以及加速过大 6 焊后没有进行热处理后没有及时进行热处 理都会造成焊接残余应力过大等 2 重型滚筒结构设计 滚筒是带式输送机上的重要部件 重型滚筒结 构可分为焊接结构 铸焊结构两种形式 重型滚筒受 力大 扭矩大 多采用铸焊结构形式 2 1 铸焊结构 一般情况下 纯焊接结构滚筒的焊缝在受力情 况下易于破裂 铸焊结构滚筒 应力最大的轮辐和轮 毂为整体铸件 从而减少焊缝破裂的几率 故我们采 取铸焊结构 滚筒铸焊结构有两种典型结构 见图 1 图 2 图 1 铸造结构图 2铸造结构 图 1 是典型的强力带式输送机滚筒铸焊结构 即整体轮毂与筒体对接环焊缝焊接 在轮毂与筒体 连接处仍有焊缝 虽远离应力集中区 且轮毂和筒体 连接处有台阶接缝坡口又呈 V型 可有效承载能力 但是有不可避免有筒体对接环焊缝应力 图 2 为高强度重载强力带式输送机滚筒铸焊结 构 即整体轮毂与筒体在轮毂端面环焊缝焊接 与轮 毂连接处筒体对称圆孔塞焊接 保证了筒体外表面 没有焊缝 极大消除筒体外表面焊缝破裂 从而有效 提高滚筒承载能力 故我们选用图二形式的铸焊结 构滚筒 2 2 胀套连接 随着机械制造和加工的精度和水平提高 金属 焊接材料焊接性能高 当前大型滚筒多采用铸焊结 构 辐板和主轴采用胀套联结 胀套联结是通过高强 度螺栓的作用 使内环与轴之间 胀套外环与轮毂之 间能够产生巨大抱紧力同时当承受负荷时 能够靠 胀套与轴的结合压力及相伴产生的摩擦力传递扭 矩 以实现机件与轴的联结 它使用时通过高强度螺 栓的作用 使内环与轴之间 外环与轮毂之间产生巨 大抱紧力 胀套连接的优点是 1 胀套的使用寿命长 强度高 胀套依靠摩擦 传动 对被联结件没有键槽消弱 2 定位精度高 传递力矩均匀 轴受力合理 比 键连接可采用较小的轴截面 3 装配简单 轴向定位可调整 拆装维修方便 轴和孔的加工要求精度底 4 超载保护功能 胀套在超载时 将失去联结 煤矿现代化2 0 1 3 年第 6 期总第 1 1 7 期 65 作用 可以保护设备不受损害 5 胀套拆卸方便 且具有良好的互换性 2 3 滚筒轴设计计算 传 动 滚 筒 受 力 约 为 8 6 0 k N 传 送 扭 矩 2 1 8 0 k N m 制动扭矩 2 3 6 k N m 直径 1 6 0 0 m m 带宽 1 6 0 0 m m 滚筒轴选用 3 7 S i M n 2 M o V 调质处理 抗拉强度 b 1 0 0 0 M P a 屈服点 s 8 5 0 M P a 按照电动机功率计算 d A 3 P n姨 1 1 2 3 9 0 0 3 1 5 1 5 0 0姨 2 9 8 m m 轴伸连接处有单键 最小直径应增大 3 轴伸 处直径 d 1 0 3 3 0 0 3 1 0 m m 按照制动工况考虑 d 1 7 2 3 T P姨 1 7 2 3 2 3 6 0 0 0 3 5姨 3 2 4 m m 轴伸处直径 d 1 0 3 3 1 2 3 2 1 m m 图 3 轴受力分析图 按照弯扭合成强度计算轴径 d 2 1 6 8 3M 2 T 2 姨 1 P姨 2 1 6 8 3 2 1 0 7 0 0 2 0 7 2 3 6 0 0 0 2 姨 1 7 0姨 2 5 2 m m 故选用轴伸处直径为 3 4 0 m m 2 4 筒皮厚度结构确定 选用 1 6 M n钢板作为筒皮材料 屈服强度 3 4 5 M P a 则 s 4 8 6 2 5 t 8 6 7 1 p V R 2 0 0 3 3 8 L 2 0 1 8 7 5 D 2 姨 8 6 7 1 9 0 0 3 5 5 8 0 0 2 0 0 3 3 8 1 8 0 0 2 0 1 8 7 5 1 6 0 0 2 姨 2 6 4 m m 考虑筒皮加工存在厚度误差及外圆螺旋刀纹对 筒皮厚度影响 选取筒皮厚度为 3 0 m m 并且采用筒 皮内加环形筋来加强筒皮强度和刚度 3 三维有限元分析 3 1 重型传动滚筒三维模型 使用三维软件 S o l i d Wo r k s 建立三维实体模型 将通过焊缝连接的零件连接区视为连续的整体 略 去轴承模型 将其对滚筒轴的约束施加于有限元模 型 建模过程中做了如下简化 1 对于包胶滚筒 不考虑它与滚筒间的相互作 用 只是将其质量等效到滚筒上 2 输送带在运行过程中无滑动现象 符合欧拉 公式 3 略去次要构件 如轴承座 胀套预紧用的螺 钉 螺孔等 4 轴承座对滚筒轴的约束转化为柱坐标约束 3 2 重型传动滚筒有限元分析 将 S o l i d Wo r k s 建立滚筒实体模型直接导入到 A N S Y S 系统中 在 A N S Y S 软件中有限元分析 得出 滚筒应力图和位移云图等一系列应力图 见图 4 图 5 图 4 滚筒应力图图 5滚筒位移云图 传动滚筒的应力主要集中在胀套与轮毅之间的 轴段 胀套外端面 辐板处和滚筒内壁 滚筒的最大 等效应力是在与胀套连接的轴部位 这是因为这个部 位不仅受到弯曲应力而且还受到剪切应力 滚筒最 大应力为 S 2 0 8 M P a 许用应力 S 2 5 0 M P a S S 满 足静强度要求 由于输送带的挤压 筒壳出现凹陷变形 相应地 另半周筒壳产生凸起变形 滚筒的最大变形量 D m a x 0 0 9 2 m m 位于滚筒中心部位 满足滚筒变形要 求 4 绪论 通过滚筒有限元分析得知 滚筒设计中 安全系 数不但完全符合要求 而且裕度足够 可以对其进行 优化分析 在满足实际使用的前提下 减小筒体的体 积 降低滚筒的重量 减少制造成本 参考文献 1 D T 型固定式带式输送机设计选用手册 M 北京 冶金 工 业出版社 1 9 9 4 2 刘金依 薛河 聂文杰 带式输送机驱动滚筒的应力分析 煤矿机械 2 0 0 1 4 煤矿现代化2 0 1 3 年第 6 期总第 1 1 7 期 66 3 韩香丽 大型带式输送机驱动滚筒的有限元分析及 C A D 太原理工大学 2 0 0 3 3 4 乔李宁 带式输送机特大型滚筒的设计 太原理工大学 2 0 0 7 5 5 带式输送机滚筒通用设计方法研究 东北大学 徐昆鹏 2 0 0 9 7 作者简介 李志见 1 9 7 2 年生 男 工程师 长期从事运输机械设备 的开发和设计工作 收稿日期 2 0 1 3 8 2 9 大采高长工作面地表移动变形实测分析 谷宏亮 新密市煤炭学校 河南 新密 4 5 2 3 7 0 摘要本文以山西某矿 4 3 0 1 工作面为工程背景 采用静态 G P S 对地表 3 1 个测点进行了观测 基 于数据处理模型对实测数据进行了分析 获得了该开采条件下地表移动变形的基本规律 关键词大采高 地表移动变形 实测分析 中图分类号 T D 3 2 5 2文献标志码 B文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 3 0 6 0 0 6 7 0 2 1 工作面概况 1 1 工作面井上下对照关系 井上位置 4 3 0 1 工作面位于小东山风井场地东 北 东山村东南 井下位置 工作面以西为东四辅撤运输巷 已 掘 北为正在掘进的 4 3 0 2工作面 南为 3 3 0 6工作 面采空区 东为 D F 1 大断层 井田边界 工作面基本信息如表 1 所示 表 1 工作面基本信息 1 2 地貌特征 4 3 0 1 工 作 面 对 应 的 地 表 标 高 为 7 8 0 m 1 1 2 3 m 大致位于东山村以东南 小东山风 井场地东北 地势整体呈现东高西低 根据收集的实 测井上下对照图显示东北角地表标高最大的 1 1 2 3 9 m 西南角地表标高最小为 7 8 0 5 m 地表地形复 杂 地势崎岖 地表在东北角地势较高的地方多为陡 坎斜坡 过渡地带多为陡崖 区域内植被繁茂 有少 量农田 西南角地势较为平坦 多为农田 工作面井 上下对照三维示意图如图 1 所示 图 1 工作面井上下对照三维图 2 地表移动变形实测分析 2 1 地表移动观测站布置 为了研究该矿 4 3 0 1大采高长工作面地表移动 规律 需要根据地形地貌特征建立合适的观测站 并 按照要求设置一系列观测点 在工作面推进过程中 定期地对观测点进行监测 从而掌握地表移动和变 形的规律 根据 4 3 0 1 工作面地表地貌特征 研究过程中观 测站设置为剖面线状普通地表移动测站 观测线布 置两条 其中走向观测线和倾斜观测线互相垂直 且 位于地表移动盆地的主断面上 4 3 0 1 工作面最大采深为 5 8 0 m 平均采深约为 3 8 6 m 但是地表地形复杂 地势崎岖 地表在东北角 地势较高的地方多为陡坎斜坡 过渡地带多为陡崖 区域内植被繁茂 有少量农田 因此考虑工作面地表 实际情况 测点间距取为 5 0 m 结合工作面地表实际 情况 由观测线长度计算得各测线控制点和工作测 点的个数 如表 2 所示 其中测点布置如图 2 所示 表 2 工作测点和控制点个数 2 2 地表移动变形数据分析 根据 4 3 0 1工作面地表移动变形观测站全面观 测的观测数据结果 按照相关方法计算测站点的下 沉 倾斜 曲率 水平移动变形值 其中走向及倾向下 沉动态曲线 水平移动动态曲线分别如图 3 6 所示 结合 4 3 0 1工作面地表移动变形的实际