皮带输送机传动滚筒的优化设计

　　传动滚筒是皮带输送机传递动力的主要部件，其驱动皮带输送机的方式有单滚筒、双滚筒及多滚筒之分。单滚筒多用于功率不太大的输送机上，如煤矿地面运输及选煤厂等处。井下带式输送机一般均采用双滚筒，以使输送机结构紧凑。传动滚筒从制作材料上来分有钢板卷制焊接、铸钢及铸铁3种。从结构型式上来分有装配辐板式、辐条式、整体辐板式3种。另外，滚筒表面也有光面、包胶、铸胶等型式；其中，以钢板焊接装配辐板式铸胶滚筒应用广泛。
矿用皮带输送机是矿山输送机械中的重要设备，由于使用环境的特殊性，在设计制造的过程中，对其结构和型式都提出了特殊的要求，这些要求都集中地反映在矿用皮带输送机的主要部件——传动滚筒的结构及型式上。如图1所示。

图1 传动滚筒结构示意图

　　传动滚筒的设计一般根据输送带张力和输送量来选定滚筒直径和输送带宽度(滚筒宽度)，但筒体和接盘的受力及变形情况至今仍没有的解释。除滚筒轴有较成熟的计算公式外，筒体厚度接盘厚度的计算多采用经验公式，筒壳、辐板的厚度均根据计算得来的轴承部位的轴径来确定。因此，有必要在传统计算方法的基础上对传动滚筒各部位的结构及受力作整体考虑，以提高传动滚筒乃至皮带输送机的使用寿命。
传动滚筒作为一种由简体、接盘和轴装配焊接起来的组合构件体，作用其上的输送带张力连同扭转力一起转移到轴上，然后转变成相当复杂的内部应力作用于滚筒的各个部件上，每个构件上的应力在方向和性质上均不相同。输送带张力、滚筒轴产生的转角、接盘的刚度及简体厚度都决定着内部应力。分析计算表明，筒体上的内部应力在滚筒的围包角为60°时。
当输送带张力作用于滚筒之上时，滚筒轴和滚筒的每一个构件均会产生位移。对传动滚筒受力变形位移的结构分析决定了滚筒部件的强度计算。为了进一步提高传动滚筒的整体强度、寻求参数组合，有必要采用优化设计的方法对传动滚筒作进一步的分析。具体地讲，就是在满足传动滚筒的强度、刚度条件下，设定小为目标函数，对接盘支点、轴径、筒壳厚度、辐板厚度等参数进行整体优化设计。
经验算，传动滚筒优化设计的结果大大改善了辐板的受力情况，在一定程度上解决了传动滚筒在交变应力作用下，辐板与轮毂以及辐板与筒壳间产生裂纹，最终导致滚筒失效这样一种见的滚筒破损问题。同时，该种优化设计方法可以移植到受力条件较好的改向滚筒和张紧滚筒的结构设计中，其优化设计的结构参数还可通过专用接口传递给计算机绘图和计算机辅助设计系统，以实现传动滚筒设计的自动化、标准化和系列化。
对矿用皮带输送机传动滚筒的轴径、筒壳厚度、接盘支点和辐板厚度进行了整体优化设计，这是解决传动滚筒因产生裂纹而失效——这一在设计和制造过程中长期困扰工程技术界难题的一次非常有意义的尝试。但是，要想搞清传动滚筒复杂的应力分布情况和变形机理，还需对传动滚筒的受力作更深入的研究。