带式输送机传动滚筒受力分析及结构设计

带式输送机传动滚筒受力分析及结构设计摘要：传动滚筒作为带式输送机的关键部件，其结构性能的好坏直

接影响着带式输送机的可靠性和使用寿命。根据传动滚筒的结构类型、材料和工作载荷，对输送机传动滚筒受力状况做了理论分析，运用有限元

分析软件对输送机传动滚筒进行了静力分析，得出滚筒在载荷作用下的应

力和变形分布规律。为传动滚筒的设计提供了有利的理论依据。

关键词：带式输送机；传动滚筒

前言

滚筒是带式输送机主要的传动部件，根据在输送机中所起作用可分为

传动滚筒和改向滚筒。传动滚筒用来传递牵引力和制动力矩；而改向滚筒

主要起改变输送带的运行方向以完成拉紧、返回等各种功能。二者在工作

状态下的受力情况不同，故结构也不同。滚筒由滚筒轴、轴承座、轮毂、

辐板、筒壳等部分组成。带式输送机的传动滚筒有焊接和铸焊2种结构形式。本文以某矿用传动滚筒为例：滚筒直径为1600mm,传动滚筒扭矩为

428kNm,合力为2596kN,筒壳材质为Q235A。

1、传动滚筒的受力分析

在带式输送机中，传动滚筒相当于带传动中的主动轮，而从动滚筒相

当于从动轮。驱动滚筒正常工作时承受轴端输入扭矩作用旋转，同时还受

输送带和滚筒之间摩擦力的作用，以及输送带对

滚筒的压力作用，如图1所示。

图1滚筒上的张力变化图

假设输送带是理想的挠性体，可以任意弯曲，没有弯曲应力、质量和

厚度。输送带在滚筒上的围包角为α，在围包角内存在滑动弧λ和静止

弧γ，即α=λ+γ。两端输送带的张力差为F1-F2,此差值等于滚筒轴上

输入的扭矩值。输送带的张力变化可按欧拉公式计算，输送带任一点的张

力

Fθ=F2eμθ（1）

输送带在相遇点的极限张力F1ma某=F2eμα（2）式中θ——输送

带单元所在圆周角，0

按式（2）给出的输送带在滚筒上的张力线如图1所示的acb线。在实际

运行中，相遇点张力F1

2

变。由此可求出作用在传动滚筒单位面积上的载荷，在滑动弧λ内，滚筒单位表面上的正压力

Pμθθ=2Fθ/(BD)=2F2e/(BD)单位表面的摩擦力

fθ=μPμθθ=2μF2e/(BD)

静止弧γ内滚筒不受摩擦力，单位表面上的正压力P=2F1/(BD)

式中D——滚筒筒壳直径；B——输送带宽度。

可以看出，静止弧具有备用的特性在滚筒正常工作中是必要的，作为

牵引力的一种储备可以克服启动时出现的动张力以及防止带的相对滑动现象。

2传动滚筒的静力分析（1）有限元模型的建立

使用Pro/E三维造型软件通过拉伸、旋转等功能创建滚筒模型见图2

图2传动滚筒三维模型

3

为简化计算，本文将筒体焊缝连接部分视为连续的实体。滚筒体采用

Q235A,弹性模量为2.06e5MPa,泊松比为0.3，许用应力为65MPa。由于本

文主要分析滚筒的受力，故不考虑轴套和轴的受力问题，将约束加在轴承

孔的内表面上只保留绕滚筒体轴线转动的自由度。传动滚筒分析时主要考

虑张力和重力2种载荷，载荷沿径向加在传动滚筒外圆柱面上由围包角限

定区域。（2）有限元计算结果及分析

本文对传动滚筒进行静力分析，不考虑实际工作中输送机的运转状态。其分析结果为：滚筒最大的应力为22.93MPa；由滚筒的应力分布云图和

位移分布云图（图略）可以看出：

传动滚筒应力主要分布在输送带与筒体的接触区域及滚筒的辐板与轮

毂及辐板与筒体的周边区域；滚筒最大位移为0.022mm,位于筒体垂直于

轴线的中平面处。3结语

本文运用PRO/E软件对滚筒进行了静力分析，基本掌握了滚筒的应力

及变形情况，为进一步改进滚筒结构及对滚筒断裂原因分析提供理论依据。分析表明：轮毂与辐板整体铸造后再与筒壳焊接的方法比筒壳与辐板直接

焊接机械性能好，两个轮毂与辐板整体铸造成的筒体进行中间焊接比轮毂

与辐板整体铸造后再与筒体焊接的方法机械性能好。因此对于关键易损滚

筒应采用两个轮毂与辐板整体铸造成的筒体进行中间焊接结构。

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