焦作大学毕业设计 第二章 带式输送机传动滚筒的结构及受力分析
第二章 带式输送机传动滚筒的结构
及受力分析
滚筒是带式输送机的重要部件，按在输送机中所起的作用滚筒可分为传动滚筒和改向滚筒两大类。传动滚筒的作用是将驱动装置提供的扭矩传到输送带上。改向滚筒包括用于输送机端部改向的改向滚筒、增加传动滚筒包角的增面滚筒和用于拉紧装置的拉紧滚筒。铸焊结构滚筒由滚筒轴、轴承座、接盘（轮毂、辐板以及筒体一部分铸造在一起）、筒体等部件组成，有的滚筒还有轮毂和滚筒轴的连接件、轮毂和辐板的连接件。一般地，传动滚筒的表面覆盖有橡胶或镶有陶瓷以增大传动滚筒与输送带间的摩擦系数。
滚筒轴承一般用球面调心滚子轴承。
（a）焊接结构滚筒 （b）铸焊结构滚筒
图2.1 传动滚筒典型结构图
2.1 结构与种类
带式输送机滚筒有很多种类型[10]，主要有如下几种分类:
2.1.1 按驱动方式分
（1）外驱动式 即驱动装置放在传动滚筒外面，减速器直接同传动滚筒轴相连。
（2）内驱动式 即将驱动装置全部放在传动滚筒内，此种方式又称为电动滚筒。
2.1.2 按轴承内孔大小分
（1）轻型 孔径在50~100mm；轻型滚筒的结构是轴与轮毂之间采用过盈配合（或配单键），辐板与筒体焊接，其中轮毂与轴采用键连接的结构用于传动滚筒。
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（2）中型 孔径在120~180mm；中型滚筒的结构是轴与轮毂用胀套连接，辐板与筒体焊接。
（3）重型 孔径在200~220mm；重型滚筒的结构是轴与轮毂采用胀套连接，这种结构的滚筒是筒体的一部分、辐板、轮毂铸成一体的接盘与筒体的另一部分焊接而成，也就是铸焊滚筒。
（4）工程级滚筒 工程级滚筒是指为满足特殊载荷条件而经过特殊设计的滚筒。高张力输送带由于其强度高、延伸性低的特点，而使这些滚筒的受力情况比 使用一般织物芯层输送带的滚筒要高的多。启动、制动及其它动力载荷直接的传递给滚筒。当涉及到高张力时，滚筒的同心度及滚筒与输送机的准确对中是十分重要的。这种分类对于改向滚筒也同样适用。外面包上一层橡胶的滚筒称为包胶滚筒，包胶方式可采用硫化和冷粘的方法；镶嵌陶瓷的滚筒称为陶瓷滚筒；什么也不包的滚筒称为光面滚筒。
2.1.3 按外形分
（1）鼓形滚筒 用钢板卷圆焊接而成，滚筒中间部分直径大于两边约几毫米，目的是防止输送带跑偏，但是加工工艺复杂，因此很少使用。
（2）叶片式滚筒 滚筒由许多横向叶片组成，目的便于清洁输送带，此类滚筒又称为自清扫滚筒。如果将叶片改为圆柱棒，称为棒式滚筒，也可起到自清扫 作用。
（3）沟槽胶面滚筒 滚筒的胶面上开菱形、人字形、直线形、环形、梯形，则分别称为菱形护面、人字形护面等各种护面形状的滚筒，其目的是增大摩擦系 数和便于排出粘着物料。传动滚筒胶面常选用菱形和人字形。
2.1.4 特殊滚筒
（1）真空滚筒 为增大输送带同滚筒之间的摩擦力，在滚筒装有真空泵或外接真空泵，使输送带同滚筒包角之间成真空，增大摩擦力。但由于结构复杂，真 空滚筒尚未得到推广。
（2）磁力滚筒 滚筒内装有磁铁，如输送带下层为磁性覆盖胶，根据异性相吸作用，能增大摩擦力。当使用普通输送带时，磁力滚筒就成为除铁滚筒。
（3）轮胎滚筒 滚筒外面由许多充气轮胎构成，轮胎表面带有沟槽。各种轮胎充气压力不同时，也起到鼓形滚筒作用。
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（4）陶瓷滚筒 滚筒护面有许多陶瓷片镶成，一方面可增大摩擦力，另一方面便于清扫。陶瓷片也可做成插板式，以便于更换。滚筒包胶的主要优点就是表面摩擦系数大，包胶是在滚筒的表面上用冷粘或硫化一层橡胶。包胶滚筒按其表面形状又可分为：光面包胶滚筒、人字形沟槽包胶滚筒和菱形包胶滚筒。
胀套连接结构是国际上广泛应用于重型载荷下机械连接的一种先进基础部件。胀套的结构如图2.4 所示，其原理是：当旋转紧定螺钉时，前压环和后压环相互靠近，迫使带张口的外环胀大，内环缩小，从而使轴和轮毂形成过盈配合，达到连接的目的。采用胀套连接的优点是：容易实现高精度的定位，可传递大扭矩和轴向力；可连接不可焊材料；可从外部安装拆卸，并可重复使用；降低了孔和轴的加工精度和加工费用。
图2.4 胀套结构
2.2 运行阻力
将运行阻力划分为主要阻力FH，附加阻力FN ，提升阻力FSt ，和特种阻力FS ，这些阻力的和等于传动滚筒上所需的圆周驱动力FU ：
FU?FH?FN?FSt?FS （2-1）
由于输送机的线路布置可能是简单线路也可能是复杂的变坡、变载荷情况。在过去的标准计算方法中往往采用统一的等效坡度和载荷。这可能存在下面的两种问题：①有时会造成阻力的计算必须变成等效倾角或等效单位长度物料质量，从而使计算缺乏足够的精度。②在计算输送带张力时还要重新计算输送机各段的阻力，从而增大计算工作量。特别是在广泛使用计算机进行计算的时代，所给出的计算方法应该能够适应计算机算法的需求。
因而，阻力应以分段形式确定。一个分段应具有相同的参数，如输送机的倾角、模拟摩擦系数和输送的物料单位长度质量，以及托辊旋转部分的质量和附加
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阻力的作用。在输送机分段的起点和终点，从尾部开始向头部方向，各段顺次用
i 表示。承载分支用下标的参数值，用O表示，回程分支用U 表示。如图2.5 所
示。
FW??FW,O,i??FW,U,i （2-2）
i?1i?1nn式中 FW,O,i ——承载分支第i 段的阻力；
FW,U,i——回程分支第i 段的阻力。
曲线区段阻力与张力大小有关，若张力发生变化，阻力也发生变化。已知绕入点张力，通过张力增大系数可求出绕出点张力，传动滚筒处的绕入点和绕出点按欧拉公式计算。
图2.5 运行阻力的分段构成和分段计算
2.2.1 主要阻力
输送机的主要阻力FH 是物料及输送带移动和承载分支及回程分支托辊旋转所产生的阻力的总和。可由下式计算：
?q?(2q?q)cos?] （2-3）
BGRORH式中 f ——模拟摩擦系数，根据工作条件及制造安装水平决定；
L ——输送机长度(头尾滚筒中心距)，m； g ——重力加速度， g =9.8m/s2；
FH?fLg[q
qR ——承载分支托辊组每米长度旋转部分质量，kg/m，用下式计算：
O
qR?GaO1
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其中 G1 ——承载分支每组托辊旋转部分质量，kg；
aq0 ——承载分支托辊间距，m；
——回程分支托辊组每米长度旋转部分质量，kg/m，用下式计算：
RU
qRU?G2
aU其中 G2 ——回程分支每组托辊旋转部分质量，kg；
aqqU ——回程分支托辊间距，m； ——每米长度输送带质量，kg/m； ——每米长度输送物料质量，kg/m；
BG
qG?Q 3.6v δ ——输送机倾角，度。
2.2.2 输送机各部件上的附加阻力
输送机附加阻力FN 包括加料段物料加速和输送带间的惯性阻力和摩擦阻力FbA ；加料段加速物料与导料槽两侧板间的摩擦阻力Ff ；输送带绕过滚筒弯曲阻力F1 和除传动滚筒外的改向滚筒轴承阻力Ft ，可用下式计算：
FN?FbA?Ff??F1(i1)??Ft(i2) （2-4）
i1?1i2?1N1N2式中 N1 ——输送带绕过的滚筒次数；
N2——改向滚筒个数。
2.2.3 输送载荷的提升阻力
输送物料的提升阻力为：
FST?hgq （2-5）
G式中 h ——输送机受料点与卸料点间的高差，m；输送机向上提升时，h 取为正
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