陳 澤

（晉能控股集團虎龍溝煤業(yè)公司技措隊， 山西 朔州 038300）

引言

隨著煤炭開采自動化技術(shù)的提高，煤炭開采效率的提高，對帶式輸送機的輸送能力也提出了更高的要求，具有較大的承載能力的帶式輸送機被逐漸應用到煤礦開采中。滾筒作為帶式輸送機的主要傳動部件，隨著載重的增加，滾筒的承載也需要隨之增加，避免出現(xiàn)滾筒的損壞[1]。重型滾筒是為滿足這一要求而設計的，滾筒結(jié)構(gòu)復雜，采用有限元分析軟件ANSYS Workbench 對重型滾筒的承載應力進行分析，確定其受力及變形狀態(tài)，可保證重型滾筒安全穩(wěn)定地工作。

1 滾筒有限元模型的建立

滾筒的結(jié)構(gòu)形式多樣，對于重型滾筒采用帶有加強環(huán)的鑄焊結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示，在筒體內(nèi)部焊接加強環(huán)，降低筒體在傳動過程中的變形，提高承載能力，傳動軸與筒體之間采用脹套進行連接，使接盤的應力分布更加均勻，滾筒的承載增加[2]。

圖1 滾筒結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

采用SolidWorks 建立滾筒的三維模型，為便于展示滾筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用剖面圖的形式展示滾筒模型，如圖2 所示。將滾筒直接導入到有限元分析軟件ANSYS Workbench 中，進行有限元分析的前處理。

圖2 滾筒剖面模型

對滾筒的承載應力進行分析，選取接觸類型為摩擦（frictional）來得到接觸周邊的應力變化，脹套采用設定偏移量的方式來模擬脹套的過盈量。采用ANSYS Workbench 對滾筒模型進行網(wǎng)格劃分處理，使用處于模型中心的正方形網(wǎng)格，提高網(wǎng)格劃分的質(zhì)量，便于進行滾筒的應力計算。對軸承所在滾筒的位置處施加圓柱型約束對滾筒實現(xiàn)徑向及軸向的固定約束，滾筒的軸向保持自由狀態(tài)，對傳動軸同樣施加圓柱約束[3]，實現(xiàn)軸向位置的約束。對筒體表面施加相應的載荷，為進一步分析滾筒應力及變形的產(chǎn)生過程，分別添加預緊力載荷及工作載荷，對滾筒的應力及變形進行分析。

2 滾筒有限元應力應變的分析

依據(jù)上述的模型設置，采用ANSYS Workbench有限元分析軟件對模型進行計算，對計算得到的結(jié)果進行后處理并輸出。在分析過程中，針對預緊力載荷及工作載荷采用不同的時間進行加載，首先加載預緊力，得到滾筒在預緊力作用下的應力應變；然后在此基礎上，加載工作載荷進行分析，得到滾筒在預緊力載荷和工作載荷共同作用下的應力應變，即滾筒在工作過程中的狀態(tài)[4]。

對于得到的結(jié)果進行對比分析，滾筒的應變位移變化如下頁圖3 所示，從圖3 中可以看出，滾筒在預緊力作用下的最大位移量為0.28 mm，最大位移的位置出現(xiàn)在脹套與筒體的接觸位置處，在預緊力作用下，筋板向外形變，筒體在各個筋板的位置處均產(chǎn)生變形；在預緊力載荷和工作載荷的共同作用下，滾筒的變形量明顯增加[5]，最大變形量為1.4 mm，最大變形位置出現(xiàn)在筒體的中心位置處，這是由于筒體在工作載荷作用下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的變形。

圖3 不同載荷下滾筒的變形位移（mm）圖

滾筒的應力狀態(tài)分布如圖4 所示，從圖4 中可以看出，在僅有預緊力載荷的作用下，筒體的最大應力值為274 MPa，最大應力的位置位于與脹套相連接的輪轂位置處，在預緊力載荷及工作載荷共同作用下的最大應力值為295 MPa，位置同樣是與脹套相連接的輪轂。在數(shù)值上，輪轂的材料采用ZG275鋼，其屈服強度為275 MPa，最大應力值與屈服強度接近并略有增加，在輪轂的位置處產(chǎn)生一定的塑性變形，由于輪轂面加工精度較高，存在冷作硬化，會提高該位置處的強度，且不會造成輪轂位置處的破壞[6]。在預緊力載荷及工作載荷共同作用下的最大應力值增加量不大，說明滾筒的應力主要是由預緊力載荷作用引起的。

3 結(jié)論

1）通過對重型滾筒在預緊力載荷及工作載荷作用下的應力應變分析，結(jié)果表明，在兩種不同的載荷加載作用下，滾筒的最大變形量在數(shù)值上相差較大，并且最大變形的位置不同，說明滾筒的變形主要是由工作載荷引起的，在工作狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)運動，成為變形的主要原因。在兩種不同的載荷加載作用下，滾筒的最大應力值相差不大，并且出現(xiàn)最大應力的位置相同，說明滾筒的應力主要是由預緊力載荷引起的，工作載荷對于應力的影響不大，在預緊力載荷作用下，滾筒的輪轂位置處產(chǎn)生一定的塑性硬化，可以提高輪轂的強度，滿足重型滾筒的使用需求。

圖4 不同載荷下滾筒的應力（MPa）分布圖

2）對重型滾筒的應力應變進行分析，由于重型滾筒采用焊接的方式進行加工，在進行分析時，對焊縫采用統(tǒng)一性材料進行處理，在進行生產(chǎn)過程中，要提高焊接的工藝，保證焊縫的質(zhì)量，避免焊縫位置處出現(xiàn)開焊、氣孔等現(xiàn)象損壞重型滾筒的使用，對帶式輸送機的運行穩(wěn)定性造成障礙。