带式输送机传动滚筒受力变形分析及改进

带式输送机传动滚筒的受力变形分析及改进
摘要：就使用solidworks软件及simulationxpress插件分别对带式输送机传动滚筒工作是的受力及变形情况进行了分析，建立了数学模型，并对结果进行分析，提出了相应的改进方案。

关键词：筒皮；应力；位移；改进；simulationxpress
中图分类号：td528文献标识码：a文章编号
带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。

主要由机架、输送带、托辊、滚筒、张紧装置、传动装置等组成。

它可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。

它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。

除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。

带式输送机传动滚筒是带式输送机的重要组成部分之一，是带式输送机传递动力的重要部件，在实际使用过程中，传动滚筒经常出现变形、撕裂等损坏，本文利用solidworks软件及simulationxpress插件对传动滚筒进行建模及受力分析，对其受力情况及各点的变形情况进行分析，并对应力集中及变形量较大的位置提出合理的整改意见。

1传动滚筒筒体外表面应力分析
传动滚筒工作时，其表面受压的径向载荷从松动符合指数规律，即外载荷可以表示为下式：
式中α——筒皮的纵向相对坐标（绝对坐标除以筒皮的中面半径r）；
β——筒皮的切向相对坐标；
——大于半圆的围包角，rad；
f——输送带与滚筒之间的静摩擦因数；
zx——输送带奔离点张力，n；
r——筒体中面半径，cm；
b——载荷区的纵向宽度即带宽，cm。

如图1 所示, zs 表示输送带冲遇点张力, zs =zxexp[f（π +β0）]，α是以筒壳的左端为原点, 向右为正。

β是以筒壳的垂直中心线为原点,逆时针为正, 并且β是以弧度为单位的角度坐标。

令α1= l2/ r ; q= b / r
式中 l2——滚筒两辐板之间的距离, cm;
q——载荷区的相对宽度, cm。

传动滚筒由等厚度薄钢板卷制而成, 接头处采用焊接处理。

传动滚筒在运转时, 筒壳不允许发生塑性变形。

所以应将传动滚筒当作弹性圆柱薄壳的弯曲问题求解。

为了便于计算, 筒壳的两端可视为简支。

而闭合的圆柱壳在简支边界条件下, 位移函数f (α，β)是双重富氏级数, 同时外载荷z(α，β) 也可表示为双重富氏级数的形式。

将f (α，β)和z(α，β)带入传动滚筒筒壳中面上的位
移平衡方程( 八阶偏微分方程) , 即可求得在外载荷作用下传动滚筒壳体内各内力的计算式——纵向薄膜力n 1(α，β) 、切向薄膜力n 2 (α，β)、平错剪力s(α，β) 、纵向弯矩m1 (α，β)、切向弯矩m2 (α，β) 、纵向扭矩m12 (α，β)。

在上述各内力的作用下, 传动滚筒筒壳内表面及外表面上产生的应力要高于同
点壳体内的应力。

壳面上的应力可按下式计算：
图1 传动滚筒受力分析示意
式中：“+”——求内表面应力式；
“—”——求外表面应力式；
t——筒皮厚度，cm；
——筒皮的纵向应力，pa；
——筒皮的切向应力，pa；
——筒皮的剪切应力，pa。

计算及有关的研究均表明, 筒壳中央部分的各个径向截面上,
由受压到受拉, 每转应力变化6~12 次。

最大的应力产生于筒壳的中部即l 2/ 2 处,应力实际值与r 、t、l2、z 等参数有关。

筒壳的许用应力[] , 根据国际上的一般规定≤[σ]=49 mpa。

2使用simulationxpress对模型应力及位移情况进行分析
2.1 使用solidworks对滚筒进行建模（图2）
图2
2.2 使用simulationxpress对模型应力进行观察，对模型筒皮施加相应压力（图3）
图3
2.3 使用simulationxpress对模型位移进行观察（图4）
图4
2.4模型应力及位移情况分析
由图4可以看出，在筒皮的中心位置处发生的变形最为严重。

3结论
传动滚筒在工作过程中，其筒皮的中心位置变形最为严重，是传动滚筒的易损坏位置之一，在对大功率带式输送机的设计过程中，有必要采取相应的措施进行优化。

可以采取在筒皮的中间位置加相应的加强筋板等。

对传动滚筒的受力及变形情况做进一步的深入研究非常必要。

参考文献：
[1]吴宗泽.机械设计实用手册.北京：化学工业出版社，1999
[2]宗孝（日），焊接滚筒通轴结构及其设计[j].起重运输机械，1986（2）
[3]陈道南，过玉卿，周培德.起重运输机械[m]. 北京：机械工业出版社，1982
作者简介：冷利宁（1967—），男，工程师。

1988年毕业于湘潭矿业学院工业电气化专业，现任水城矿业股份公司机械制造分公司副经理。

发表专业学术论文多篇。