新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強度滾筒設(shè)計_機械儀表_工程科技_專業(yè)資料

1、 新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強度滾筒項 目 研 制 報 告 焦作三島輸送機械有限公司 2004-11目 錄第一章項目研制背景第一節(jié)滾筒的市場分析第二節(jié)滾筒驅(qū)動帶式輸送機常見故障第三節(jié) 研制單位簡介第二章滾筒的理論研究第一節(jié)滾筒的受力分析第二節(jié) 滾筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算第三節(jié) 帶式輸送機滾筒參數(shù)的確定第四節(jié) 常見滾筒的失效形式和改造措施第三章 新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強度滾筒的特點第一節(jié) 新型滾筒的特點第二節(jié)滾筒焊接工藝的改進第三節(jié)密封結(jié)構(gòu)設(shè)計第四節(jié)常見滾筒軸的失效及更新設(shè)計第四章 新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強度滾筒的社會經(jīng)濟性效益分析第一節(jié) 社會效益第二節(jié) 經(jīng)濟效益第五章 總結(jié)第一章項目提出背景第一節(jié)滾筒的市

2、場分析 膠帶輸送機是連續(xù)輸送設(shè)備中一種常見的、最為通用的機械，被廣泛地應(yīng)用于冶金、煤炭、化工、建材等工業(yè)部門中的礦山開采、原料粉磨、煅燒、堆運等現(xiàn)代化生產(chǎn)中，起著實現(xiàn)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的連續(xù)性和自動化的作用，大大提高了勞動生產(chǎn)率，減輕了勞動強度。它與其他輸送設(shè)備比較，具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護方便，物料適應(yīng)范圍廣，輸送距離長，運轉(zhuǎn)費用低等優(yōu)點。 滾筒是膠帶輸送機上重要的組成部分，膠帶輸送機使用壽命的長短與滾筒密切相關(guān)。膠帶輸送機在各國都已實現(xiàn)了標準化、系列化。我國現(xiàn)行各部門使用最多的是 DT-75系列膠帶輸送機。根據(jù)國家“十五”計劃的要求，起重運輸行業(yè)要向大型化、高效率化、無保養(yǎng)化和節(jié)能化發(fā)展。目前，

3、世界上帶式輸送機最大帶寬達32米，輸送能力最大為37萬噸時。在當今的起重運輸機械行業(yè)，尤其看好長距離、大運量的DX高強度膠帶輸送機。盡管近年來膠帶輸送機行業(yè)高速發(fā)展，從六十年代的十幾家發(fā)展到現(xiàn)在的100多家，仍不能滿足國家經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展的需要。根據(jù)當前情況來看，由于我國工業(yè)高速發(fā)展，電力匱乏現(xiàn)象一直不能緩解，僅今年國務(wù)院已經(jīng)批準和需要批準的火電項目就達近5000萬千瓦，相當于要建設(shè)規(guī)模為60萬千瓦的電廠83個，按常規(guī)計算，每個電廠需要膠帶輸送機的價值為1200萬元，那么建設(shè)這些電廠需要的膠帶輸送機的數(shù)量就是66400多萬元，其中滾筒的價值約為24600萬元，折合滾筒數(shù)量為4多萬只。再加上每年更新

4、換代的滾筒按500家電廠，每個電廠需要80只計算，還需要滾筒近4萬只。再加上煤炭、港口、碼頭、礦山、建材水泥行業(yè)、鋼鐵廠、糧食行業(yè)的滾筒需求量，整個中國的需求量約為50多萬只，折合人民幣為30億多元?？梢哉f市場是相當廣闊的。 第二節(jié)滾筒驅(qū)動帶式輸送機常見故障帶式輸送機常見的故障原因及危害，以及故障的預(yù)防措施分述如下。1.2.1 故障原因及危害(1)托輥損壞.托輥是帶式輸送機的主要部件，起著支撐輸送帶的作用，遍布整個機身，數(shù)量多。托輥損壞是最常見的故障，現(xiàn)場托輥損壞的現(xiàn)象非常普遍，有的還很嚴重。資料表明，損壞的托輥對輸送帶的阻力是轉(zhuǎn)動靈活托輥的 30 倍，大量托輥損壞后將會急劇的增大牽引阻力并可

5、能引起輸送帶磨損加劇、撕帶、打滑、甚至輸送帶著火等嚴重事故。(2) 輸送帶跑偏. 輸帶送跑偏也是常見危害較大的故障，是現(xiàn)場管理中比較棘手的問題。造成輸送帶跑偏的因素較多，主要有：機身中心、機頭中心和機尾中心偏離；托輥調(diào)節(jié)不正常；巷道變形，機身傾斜，機架變形；裝載不正； 輸送帶接頭不正；輸送帶質(zhì)量差，受張力程度不一樣；托滾上粘結(jié)物料、托輥表面不平等；滾筒上粘煤，滾筒傾斜、變形. 輸帶送跑偏后果是嚴重的，主要有以下幾個方面: 造成機尾處大量積煤，使輸送帶在滾筒上嚴重跑偏，影響輸送機的正常運轉(zhuǎn)，甚至噎死輸送帶造成打滑釀成重大事故。部分煤灑落在巷道內(nèi)，造成輸送帶拖地運行.輸送帶跑偏，將磨損機架，使機架

6、損壞；輸送帶跑偏增大了運行阻力，使負荷增大，縮短了輸送機的使用壽命。（3）輸送帶打滑。帶式輸送機輸送帶圍包在傳動滾筒上，依靠滾筒與輸送帶的摩擦力來驅(qū)動輸送帶運行。摩擦力有一個限度，不能任意增大，當傳動滾筒相遇點與分離點的輸送帶張力差大于滾筒與輸送帶間的極限摩擦力時，就會發(fā)生輸送帶在滾筒上打滑而不能正常工作的現(xiàn)象。影響摩擦力的因素有輸送帶張力、輸送帶在驅(qū)動滾筒上圍包角、驅(qū)動滾筒和輸送帶的摩擦系數(shù)等。 造成輸送帶打滑的主要原因有： 輸送帶過載；輸送帶與傳動滾筒之間摩擦系數(shù)減小，輸送帶與傳動滾筒的接觸面侵入水和水煤泥；輸送帶的張力減??；驅(qū)動滾筒的包膠磨損嚴重。輸送帶與傳動滾筒之間摩擦系數(shù)減小從而使輸

7、送帶打滑。輸送帶打滑不僅能夠損壞輸送帶，影響生產(chǎn)，而且還可能造成滾筒與輸送帶摩擦起火。（4）輸送帶撕裂輸送帶撕裂分縱向和橫向兩種形式。縱向撕裂能造成大量輸送帶報廢，現(xiàn)場中能一次撕壞幾百米輸送帶的現(xiàn)象并不罕見，造成的經(jīng)濟損失極為嚴重；橫向撕裂常常會造成斷帶而影響生產(chǎn)，對于大傾角鋼絲繩芯帶式輸送機，甚至?xí)蜉斔蛶禄斐蓹C毀人亡的重大事故。（5）機頭堆煤 機頭堆煤是指帶式輸送機的卸載，將前一部輸送機機尾和本部輸送機機頭埋沒、甚至堵塞巷道的現(xiàn)象。1.2.2 故障的預(yù)防 依靠科技進步，生產(chǎn)出質(zhì)優(yōu)價廉、堅固耐用的輸送機，就要開發(fā)新型高效的易損件如新型托輥、滾筒、皮帶等以延長整機的使用壽命。 提高職工素質(zhì)

8、，抓好制度落實；及時地高質(zhì)量地搞好檢查維護；為帶式輸送機運行創(chuàng)造一個好環(huán)境,加強帶式輸送機運輸管理。第三節(jié) 研制單位簡介焦作三島輸送機械有限公司是日本中外通商株式會社和中國焦作起重運輸機械有限責(zé)任公司聯(lián)合投資，引進日本NC公司的全套工藝技術(shù)建成的專門生產(chǎn)帶式輸送機、托輥、滾筒的專業(yè)廠家。每年生產(chǎn)托輥、滾筒50萬只。中國焦作起重運輸機械有限責(zé)任公司是中國帶式輸送機協(xié)會的副理事長單位。已有40余年的帶式輸送機的生產(chǎn)經(jīng)驗，工藝技術(shù)成熟，生產(chǎn)經(jīng)驗豐富。自1985年來生產(chǎn)的 產(chǎn)品一直保持部優(yōu)產(chǎn)品稱號。1999年獲得中國新時代質(zhì)量體系認證中心頒發(fā)的質(zhì)量體系認證證書，2002年8月又順利通過2000版質(zhì)量體

9、系認證，獲得2000版質(zhì)量體系認證證書（GB/TI9001-2000標準）（注冊號為：0502Q10363R1L）。該公司產(chǎn)品一直是國家多項重點工程的配套產(chǎn)品。我公司產(chǎn)品除了供應(yīng)國內(nèi)市場外還大量出口英國、美國、南非、東南亞、阿拉伯國家。中國加入WTO以后，公司為了適應(yīng)市場的需要，積極引進、消化、吸收在世界帶式輸送機行業(yè)享有盛譽的日本NC公司成熟的、先進的托輥、滾筒工藝技術(shù)生產(chǎn)，按照日本NC標準生產(chǎn)的托輥經(jīng)日本NC公司檢測，全部達到日本NC標準（承載托輥的徑向跳動均保證在0.5毫米以下，使用壽命在5萬小時以上），已經(jīng)在國內(nèi)帶式輸送機市場上占著舉足輕重的位置，生產(chǎn)出的高品質(zhì)的托輥產(chǎn)品，已經(jīng)進入國家

10、托輥高端市場（如山東日照港、馬鞍山鋼鐵廠、華潤常熟電廠等），并開始向日本本土出口。2001年3月同日本石川島播磨重工株式會社、日本株式會社三井三池制作所、日本輸送機株式會社三家公司開始合作，每年向日本出口優(yōu)質(zhì)托輥10萬余只。我公司生產(chǎn)的托輥已經(jīng)在日本住友金屬、日本新日鐵等多家公司使用，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，反映良好。我公司滾筒的生產(chǎn)也取得了豐碩成果，在吸收日本三島公司先進生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了具有中國特色的新型免脹套、免鍵聯(lián)接等強度滾筒，該產(chǎn)品與國內(nèi)其他同類產(chǎn)品相比結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝發(fā)生了根本性的改變，使產(chǎn)品價格、使用壽命、節(jié)約能耗等方面都有了飛躍性的提高，處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平。 第二章滾筒的理論研究 第一

11、節(jié)滾筒的受力分析滾筒是帶式輸送機的主要部件,滾筒的使用壽命嚴重地影響輸送機的正常運轉(zhuǎn)和生產(chǎn),根據(jù)在輸送機中的作用不同,滾筒分為傳動滾筒與改向滾筒。傳動滾筒與改向滾筒在工作狀態(tài)下的受力情況不同,要求結(jié)構(gòu)也不同。我們從滾筒的受力角度分析比較各類滾筒結(jié)構(gòu)的使用情況。2.1受力分析2.1.1式輸送機的受力分析帶式輸送機的傳動原理可簡化為普通帶傳動原理,傳動帶以一定的初拉力F0緊套在兩個帶輪上。由于F0的作用,使帶與帶輪之間產(chǎn)生正壓力。傳動帶不工作時,帶兩邊的拉力等于F0,如圖2-1(a)所示,當傳動帶工作時,假設(shè)主動輪1以轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)動,帶與帶輪之間產(chǎn)生摩擦力Ff,而從動輪2在摩擦力Ff的作用下以轉(zhuǎn)速n

12、2轉(zhuǎn)動,如圖2-1(b),此時傳動帶兩邊的拉力發(fā)生相應(yīng)變化,主動輪一邊帶被拉緊,其拉力由F0增加到F1,從動輪一邊帶被放松,拉力由F0減小到F2。整個接觸面上的摩擦力(即有效圓周力),Ff=F1-F2。圖2-1 帶傳動工作原理2.1.2帶輪的受力分析 根據(jù)帶傳動的受力分析,作出工作狀態(tài)下的帶輪受力圖,如圖2-2所示。主動輪在主動力(矩)Fp作用下以轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)動,此時主動輪所受的力為傳動帶所受的張緊力作用于其上的壓力f0,摩擦力Ff,以及主動力(矩)Fp,如圖2-2(a),從動輪所受的力為傳動帶作用于其上的壓力f0,摩擦力Ff。兩輪受力情況相比,從動輪比主動輪少一個Fp。 圖2-2帶輪受力分析2

13、.1.3帶式輸送機傳動滾筒與改向滾筒的受力特點通過上述受力分析,認為帶式輸送機的傳動滾筒相當于帶傳動中的主動輪,改向滾筒相當于帶傳動中的從動輪。傳動滾筒比改向滾筒多受一個主動力(矩)。(1)常見滾筒結(jié)構(gòu)的使用情況分析傳動滾筒使用情況分析在生產(chǎn)實踐中,我們曾接觸各類結(jié)構(gòu)的傳動滾筒。圖2-3(a)所示的滾筒結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便,但缺少軸向定位,使用效果差。圖2-3(b)、2-3(c)所示的滾筒,結(jié)構(gòu)基本相同,加工安裝方便,但無軸向定位。中小型帶式輸送機大都采用這種類型的滾筒結(jié)構(gòu)。圖2-3(d)所示的滾筒,結(jié)構(gòu)簡單,加工及安裝方便,強度高,焊接變形均勻,應(yīng)力小,使用壽命長,效果最好。 圖2-3傳動滾筒

14、結(jié)構(gòu)1. 軸2.螺釘3.鍵4.卷筒5.螺母6.輪轂改向滾筒使用情況分析通常改向滾筒比傳動滾筒受力小,在結(jié)構(gòu)設(shè)計時可以比傳動滾筒強度低。但有時由于輸送機的張緊形式不同,輸送帶作用于改向滾筒上的壓力很大。主強力帶式輸送機在使用過程中,由于該帶式輸送機在一改向滾筒處輸送帶張緊力大,作用于滾筒的壓力大而使該滾筒壓裂破壞,裂縫從一側(cè)腹板焊接處沿軸向無規(guī)則裂至另一側(cè)焊接腹板處。為此,采取了加強措施,即增加卷筒的鋼板厚度,在卷筒內(nèi)側(cè)均勻布置了幾條沿軸向方向的加強筋并沿圓周方向增加環(huán)狀加強筋,如圖2-4所示。 圖2-4采取加強措施的滾筒由于增加了加強筋,使焊縫數(shù)量增加,從而使?jié)L筒內(nèi)部存在很大殘余焊接應(yīng)力,經(jīng)過

15、長時間使用損壞進一步加劇,因此必須采取相應(yīng)的工藝保證措施,消除在焊接過程中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力,保證焊接滾筒質(zhì)量。這一實例說明,在進行改向滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計時,要計算輸送帶在各滾筒處的張力,對受力較大的改向滾筒,要增強滾筒強度，采取相應(yīng)的工藝措施,保證焊接質(zhì)量,從而保證滾筒的質(zhì)量和使用壽命。 第二節(jié) 滾筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算2.2.1 滾筒結(jié)構(gòu)及載荷 滾筒按結(jié)構(gòu)可分為焊接滾筒和鑄焊滾筒2大類;按滾筒在帶式輸送機中的作用可分為驅(qū)動(主動)滾筒、非驅(qū)動(從動)滾筒2大類。大功率(360kW)驅(qū)動滾筒采用鑄焊滾筒，其余均可采用焊接滾筒。焊接滾筒由筒體、幅板、輪彀、軸等組成;鑄焊滾筒由底盤、中間筒體、軸等組成。作用在

16、滾筒上的基本載荷是膠帶張力，它使?jié)L筒及其零件彎曲變形，是進行滾筒強度計算的重要依據(jù)。對驅(qū)動滾筒來說，所傳遞的扭矩也是一項主要載荷。2滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算方法2.1滾筒最小直徑的確定 按照國際標準中的有關(guān)規(guī)定，滾筒直徑根據(jù)膠帶形式、強度、緊邊和松邊張力以及滾筒類型由下式確定： 式中 D滾筒直徑，m(對于膠面滾筒指光筒直徑)S1膠帶緊邊張力，kNS2膠帶松邊張力，kNB膠帶寬度，m膠帶包角，rad許用傳遞能力，km2(帆布膠帶P= 20 kN/M2，人造紡材芯膠帶P=35kN/m2，鋼繩芯膠帶P=55 kN/M2 )2.2滾筒軸直徑的確定 滾筒軸受力見圖2-5 圖2-5 滾筒軸受力簡圖(1) 按疲勞

17、強度(壽命)計算 （2）式中L軸承至輪毅(鎖緊器)距離 L3滾筒體和軸采用鎖緊器(脹套)聯(lián)結(jié)方式時，為鎖緊器工作長度，否則L3=0 P-1個軸承的載荷，P=(S1+S2)/2W抗彎截面模量，p1作用在軸上的力, P1=(S1-S2)/2Wn抗扭截面模量，Wn=d3/16一許用應(yīng)力, 由式(3), (5)，可求出2個滾筒軸直徑，取其中轉(zhuǎn)大值為設(shè)計值。2.3幅板厚度的確定 幅板厚度的計算式為 式(6)是焊接滾筒幅板等厚時，確定了轉(zhuǎn)3后，根據(jù)材料力學(xué)及彈性力學(xué)的有關(guān)知識推導(dǎo)出來的。當滾筒是鑄焊結(jié)構(gòu)時，式(6)所確定的幅板厚度，可以看成是幅板中徑截面厚度。為了確定轉(zhuǎn)角3，必須首先確定軸和幅板的力矩分配

18、系數(shù)x 式中M滾筒軸和幅板所承受的總彎矩， M=PL Mo滾筒幅板所承受的彎矩x一般在0.1一0.4內(nèi)取值，對于焊接滾筒，直徑小于1 000 mm，幅板為剛性時，X=0.3一0.4;對于鑄焊滾筒，直徑大于1 000，幅板為軟性時，x =0.15一0.25. (7) 幅板厚度的確定，是一項比較復(fù)雜的工作，按式(6)求出幅板厚度后，還必須進行應(yīng)力分析，才能最終確定。等厚幅板危險應(yīng)力點在幅板內(nèi)徑上。對幅板來說，徑向應(yīng)力和圓周應(yīng)力就是主應(yīng)力(在極坐標下)，可山下式得出高而侵漬污物侵蝕磨損比較嚴重的特點,決定選用軟填料品種中的聚四氟乙衡侵漬填料(),軟填料由純聚四氟乙烯塑料加工成纖維再經(jīng)編織而成,它除了

19、具備密封件所具有的良好性能外,還能與特種潤滑劑相配合,避免滲透泄露、污水侵蝕、耐磨損、而且還可以耐一切化學(xué)品的侵蝕。缺點是對高溫(200)和高線速度(8/)比較敏感,但是帶式輸送機改向滾筒則不會出現(xiàn)上述現(xiàn)象,所以不需考慮問題的后果。第四節(jié)常見滾筒軸的失效及更新設(shè)計在我們過去生產(chǎn)帶式輸送機滾筒軸由于其軸徑粗大,造成調(diào)質(zhì)后心部的機械性能較低,再加上中軸臺階過渡為尖角,且表面粗糙度低,結(jié)果使該軸在使用時出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。在經(jīng)過認真的分析后認為：軸工作時表面承受交變的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,且受到一定的沖擊力作用,所以軸表面工作應(yīng)力最大。尖角的出現(xiàn)造成了應(yīng)力的特別集中,在長期交變應(yīng)力作用下,尖角過渡區(qū)就逐漸形

20、成了微觀裂紋,應(yīng)力集中又使裂紋逐漸擴展,由微觀變?yōu)楹暧^,繼而使軸截面嚴重削弱,最后發(fā)生突然脆斷,即產(chǎn)生了疲勞破壞。對該軸宏觀斷口的特征觀察，在軸表面有許多裂紋源同時向中心擴展,裂紋長度為45。而最后瞬斷區(qū)的面積較大,證明軸是在較大的應(yīng)力下破斷的。通過金相顯微鏡下觀察的滾筒軸表面及心部組織均為細粒狀珠光體加網(wǎng)狀鐵素體,晶粒度按2777標準評為6級,這說明滾筒軸經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后內(nèi)部組織僅為正火處理的組織,調(diào)質(zhì)處理對45鋼,140的滾筒軸來說只起到了正火作用。由于鐵素體強度低(=230),在外載的作用下不僅容易引起塑性流變,而且抗疲勞性能低,疲勞裂紋極易從鐵素體處形成。另外該軸材質(zhì)中有較多的灰色非金屬

21、夾雜物沿軸表向里條狀分布,這些非金屬夾雜物分布在軸表面,不僅削弱鋼材自身強度,而且是應(yīng)力集中處,繼而成為裂紋源,加速了軸的疲勞斷裂。3.4.1改造方案（1）結(jié)構(gòu)改進 通過對滾筒軸斷裂的原因分析得出： 應(yīng)力集中是造成該軸疲勞破壞的主要原因,要改善軸的抗疲勞強度,減少軸在剖面突變處的應(yīng)力集中,應(yīng)適當增大其過渡圓角半徑,同時還要使零件能得到可靠定位。為此我們改變了軸的結(jié)構(gòu)工藝性,將尖角處改為=63的過渡圓角,且表面粗糙度提高到0.8,同時采用軸套進行軸向定位.（2）熱處理工藝改進從滾筒軸的金相分析圖中可以看出,調(diào)質(zhì)處理后滾筒軸表面組織存在大量的網(wǎng)狀鐵素體,且組織不均勻。這些鐵素體極易產(chǎn)生疲勞裂紋,加速軸的疲勞斷裂,因此要增強軸的疲勞強度,必須消除大面積網(wǎng)狀鐵素體。正火處理用于亞共析鋼(如45鋼),可抑制或消除網(wǎng)狀鐵素體的形成,使組織細化,成分均勻,從而改善鋼件的機械性能。雖然正火的工藝性不如調(diào)質(zhì)好,但對滾筒軸而言正火使其獲得的機械性能依然能滿足設(shè)計要求。實驗證明:正火后的軸表面脫碳