輸送機配件滾筒使用廣泛。除了滾筒輸送機,其他輸送設備也多多少少會用到滾筒配件。而滾筒配件重要的一個指標就是載荷重量,而滾筒的載荷重量與滾筒的剛度息息相關。在交變應力的作用下,反復拉伸壓縮,由于不斷地塑性變形,焊口在冷作硬化和應力集中的狀態(tài)下最終導致斷裂。為了防止焊口處的塑性變形,要提高整個滾筒的剛度和強度。提高滾筒的強度,根據正應力強度條件可知,梁的截面抗彎能力取決于抗彎截面模量,而梁在任一指定截面處的位移則與全梁的變形大小有關。因此為了提高梁的剛度,必須使全梁的變形減小,因而應增大全梁或較大部分梁的截面慣性矩才能達到目的。根據正應力公式:
σmax=(Mmaxymax)/Iz,撓度公式fmax=(5ql4)/(384EIz)可知當Iz越大時滾筒的剛度、強度越提高。
根據輸送機滾筒有限元計算進行優(yōu)化設計。當筒壁變薄時,筒壁變形明顯增加,導致焊縫處應力集中加大,在滾筒內壁焊徑向加強環(huán),并沿軸向焊加強筋。有限元計算結果顯示,減小滾筒變形效果是很明顯的,從0.273mm降低到0.219mm,應力云圖中的數(shù)值由42MPa降至30MPa。焊縫的應力集中明顯減小,說明不用加厚筒皮,也能提高滾筒整體的剛度和強度。
皮帶張緊力作用在滾筒上,可簡化成均布載荷的梁,由正應力強度條件可知,要提高梁的強度,應該減少梁的最大彎矩。當載荷一定時,梁的最大彎矩值的大小,與梁跨度的長短有關故減小支點的距離,可以有效降低最大彎矩值。如長度為L并受集度為q的均布載荷作用的簡支梁,其最大彎矩為0.125qL2,如果將兩支座向里移動0.2L,則最大彎矩降為0.025qL2即原來的1/5。
fmax=(5ql4)/(384EIz) Mmax=0.125qL2
兩端外伸梁改進支撐的位置,不僅提高了梁的強度,同時也提高了梁的剛性。梁的轉角和撓度與梁的跨度的n次冪成正比??缍葴p小時,轉角和撓度就會有更大程度的減小。例如上圖9均布載荷作用下的簡支梁fmax=(5ql4)/(384EIz),其最大撓度與跨度的四次方成正比。當跨度減小為原跨度的1/2時,最大撓度將減小為原撓度的1/16,兩端采用外伸梁結構即減小了跨度,而且外伸端與兩支座間向下的載荷,將分別使軸線上每一點產生相反方向的撓度,從而相互抵銷一部分撓度,也就提高了梁的剛度。
動力滾筒
通過對焊接加強筋的滾筒進行有限元分析,滾筒變形明顯減小,焊縫處應力集中明顯減小,基本上達到優(yōu)化筒內壁厚度的目的,使?jié)L筒變得更加輕巧,又不影響滾筒的實際強度。目前,重型滾筒采用了這種加強措施。如果單純加厚筒皮,不僅加大了材料的浪費,也提高了造價和滾筒本身的重量。筆者認為,滾筒損壞也是一項系統(tǒng)工程,要綜合考慮。首先,滾筒要有足夠的剛性,以抵抗交變應力產生的疲勞損害,還要在提高剛性加固滾筒的同時,改變一下滾筒的結構。
在不增加滾筒壁厚的情況下提高滾筒整體的剛度和強度,能大大降低滾筒的成本,使輸送機價格更易接受。對于輸送機設備的進步起了不小作用。