陈 泽

（晋能控股集团虎龙沟煤业公司技措队， 山西 朔州 038300）

引言

随着煤炭开采自动化技术的提高，煤炭开采效率的提高，对带式输送机的输送能力也提出了更高的要求，具有较大的承载能力的带式输送机被逐渐应用到煤矿开采中。滚筒作为带式输送机的主要传动部件，随着载重的增加，滚筒的承载也需要随之增加，避免出现滚筒的损坏[1]。重型滚筒是为满足这一要求而设计的，滚筒结构复杂，采用有限元分析软件ANSYS Workbench 对重型滚筒的承载应力进行分析，确定其受力及变形状态，可保证重型滚筒安全稳定地工作。

1 滚筒有限元模型的建立

滚筒的结构形式多样，对于重型滚筒采用带有加强环的铸焊结构，结构形式如图1 所示，在筒体内部焊接加强环，降低筒体在传动过程中的变形，提高承载能力，传动轴与筒体之间采用胀套进行连接，使接盘的应力分布更加均匀，滚筒的承载增加[2]。

图1 滚筒结构示意图（单位：mm）

采用SolidWorks 建立滚筒的三维模型，为便于展示滚筒的内部结构，采用剖面图的形式展示滚筒模型，如图2 所示。将滚筒直接导入到有限元分析软件ANSYS Workbench 中，进行有限元分析的前处理。

图2 滚筒剖面模型

对滚筒的承载应力进行分析，选取接触类型为摩擦（frictional）来得到接触周边的应力变化，胀套采用设定偏移量的方式来模拟胀套的过盈量。采用ANSYS Workbench 对滚筒模型进行网格划分处理，使用处于模型中心的正方形网格，提高网格划分的质量，便于进行滚筒的应力计算。对轴承所在滚筒的位置处施加圆柱型约束对滚筒实现径向及轴向的固定约束，滚筒的轴向保持自由状态，对传动轴同样施加圆柱约束[3]，实现轴向位置的约束。对筒体表面施加相应的载荷，为进一步分析滚筒应力及变形的产生过程，分别添加预紧力载荷及工作载荷，对滚筒的应力及变形进行分析。

2 滚筒有限元应力应变的分析

依据上述的模型设置，采用ANSYS Workbench有限元分析软件对模型进行计算，对计算得到的结果进行后处理并输出。在分析过程中，针对预紧力载荷及工作载荷采用不同的时间进行加载，首先加载预紧力，得到滚筒在预紧力作用下的应力应变；然后在此基础上，加载工作载荷进行分析，得到滚筒在预紧力载荷和工作载荷共同作用下的应力应变，即滚筒在工作过程中的状态[4]。

对于得到的结果进行对比分析，滚筒的应变位移变化如下页图3 所示，从图3 中可以看出，滚筒在预紧力作用下的最大位移量为0.28 mm，最大位移的位置出现在胀套与筒体的接触位置处，在预紧力作用下，筋板向外形变，筒体在各个筋板的位置处均产生变形；在预紧力载荷和工作载荷的共同作用下，滚筒的变形量明显增加[5]，最大变形量为1.4 mm，最大变形位置出现在筒体的中心位置处，这是由于筒体在工作载荷作用下旋转产生的变形。

图3 不同载荷下滚筒的变形位移（mm）图

滚筒的应力状态分布如图4 所示，从图4 中可以看出，在仅有预紧力载荷的作用下，筒体的最大应力值为274 MPa，最大应力的位置位于与胀套相连接的轮毂位置处，在预紧力载荷及工作载荷共同作用下的最大应力值为295 MPa，位置同样是与胀套相连接的轮毂。在数值上，轮毂的材料采用ZG275钢，其屈服强度为275 MPa，最大应力值与屈服强度接近并略有增加，在轮毂的位置处产生一定的塑性变形，由于轮毂面加工精度较高，存在冷作硬化，会提高该位置处的强度，且不会造成轮毂位置处的破坏[6]。在预紧力载荷及工作载荷共同作用下的最大应力值增加量不大，说明滚筒的应力主要是由预紧力载荷作用引起的。

3 结论

1）通过对重型滚筒在预紧力载荷及工作载荷作用下的应力应变分析，结果表明，在两种不同的载荷加载作用下，滚筒的最大变形量在数值上相差较大，并且最大变形的位置不同，说明滚筒的变形主要是由工作载荷引起的，在工作状态下的旋转运动，成为变形的主要原因。在两种不同的载荷加载作用下，滚筒的最大应力值相差不大，并且出现最大应力的位置相同，说明滚筒的应力主要是由预紧力载荷引起的，工作载荷对于应力的影响不大，在预紧力载荷作用下，滚筒的轮毂位置处产生一定的塑性硬化，可以提高轮毂的强度，满足重型滚筒的使用需求。

图4 不同载荷下滚筒的应力（MPa）分布图

2）对重型滚筒的应力应变进行分析，由于重型滚筒采用焊接的方式进行加工，在进行分析时，对焊缝采用统一性材料进行处理，在进行生产过程中，要提高焊接的工艺，保证焊缝的质量，避免焊缝位置处出现开焊、气孔等现象损坏重型滚筒的使用，对带式输送机的运行稳定性造成障碍。