某配重改向滚筒开裂分析及改进方法

陈浩

摘 要：从滚筒结构、加工工艺、材料等方面对开裂原因进行了分析，主要是筒皮钢材厚度不足，且焊接质量不佳导致的应力集中，最终在复杂的交变载荷下产生的疲劳。

关键词：滚筒;开裂分析;交变应力

1情况介绍

管带机配重90度改向滚筒共有2件，使用过程中先后出现筒皮开裂，且开裂情况基本相同。开裂的滚筒型号为？630*2150胶面改向滚筒，为找出开裂原因，避免系统性风险，对滚筒从设计选型、材质、制造等面面进行分析。

2断裂原因分析

2.1断裂具体情况

2.1.1滚筒在运行过程中发出异响，停机检查发现滚筒包胶出现一圈裂口。将开裂处的包胶清除后，发现筒皮已经呈贯穿性开裂。断裂口距滚筒端部边缘约150mm。

2.1.2滚筒裂口整体沿筒皮圆周形成环形，局部地方形成蛇形且存在并列的裂纹和向轴向裂纹。检查筒皮与接盘之间角焊缝外观完好，接盘、轴、轴承和轴承座均无异常。

2.2滚筒设计情况

2.2.1管带机主要技术参数为：

额定输送能力：2000吨/小时;带宽1850mm;带速5米/秒;筒皮厚度：18mm

滚筒型号：DTII（A）180B306

2.2.2滚筒受力计算

Fn=FUmax+2S1=115kN

根据Fn按照带式输送机设计手册可查得，DTII（A）180B306型号滚筒许用合力为160kN，因此所选择的滚筒型号能够满足使用要求。

2.3滚筒受力特点分析

2.3.1此滚筒为配重改向滚筒，输送带对滚筒包角较小，单位面积所承受的压强相对较大，而且输送带边缘长期在滚筒环缝处施压，滚筒除受弯曲力以外还受到剪切应力。

2.3.2为提高滚筒包胶与筒皮的附着力，出厂前在改向滚筒表面车削U形槽，槽深1mm。U形槽的设置一方面造成筒皮减薄，另一方面造成滚筒所受应力在局部较为集中。

2.3.3开裂滚筒加工工序如下：

筒皮卷制----中轴与接盘热装----轴组件穿入筒皮----两端环缝焊接

由于滚筒长2.15m，受其加工工序的限制，筒体中间位置未设置支撑，导致其抗弯能力较弱。

滚筒的以上几个特点，都增加了滚筒开裂的风险。

2.4接盘处焊接质量分析

2.4.1焊接工艺

滚筒结构形式见上图，接盘与筒皮采用焊接连接，从外观检查来看，焊接平滑均匀。

受结构形式和加工工序的限制，接盘与筒皮只能是单边焊接，且焊接坡口只能在接盘上加工。接盘厚度约20mm，焊接过程中坡口最里侧容易出现焊不透的情况。

根据GB/T11345和GB/T10595的要求，角焊缝的检测位置如下：

而筒体表面为曲面，检测存在困难，对焊缝是否焊透没有确定的依据，而实际开裂位置正处于焊缝上方。

2.5对筒皮厚度进行测量，数值如下

根据GB/T10595的要求，筒皮最小壁厚b1应符合：

b1》=b-1的要求

设计要求名义厚度b=18mm，b-1=17mm

由表可得知筒皮最小壁厚为15.1，远不能满足要求。

3失效原因综合分析

3.1检验结果

3.1.1滚筒设计选型满足相关标准要求;

3.1.2滚筒筒皮钢板厚度比设计值小2.9mm，筒皮表面车削出深1mm的U形槽，造成滚筒筒皮钢板厚度严重不足，导致滚筒强度严重下降。

3.2结论

滚筒材质为普通碳钢，对热影响并不敏感，因此滚筒开裂主要是强度不足和焊接质量不佳。结合上面分析，可判断此滚筒开裂的主要原因是筒皮厚度严重不足，且筒皮与接盘的焊缝未焊透。

4改进建议

4.1筒皮卷制前应选择厚度略大于设计要求的钢板，避免在后期进行车外圆、车U型槽时减薄，造成滚筒强度不足。

4.2筒皮在进行外圆校正以及接盘加工时应保证足够的圆度，避免在焊接时由于间隙过大而产生局部的应力集中。

4.3滚筒环形焊接前应进行预热，消除应力;滚筒焊接过程中除选择合理的电流、焊条外还应保证合适的焊接角度。建议将滚筒以30 o-45o角放置在可转动的焊接平台上，确保焊透。

5结语

经过以上几项分析，在后续实际生产中，将筒皮厚度提高到23mm，提高了滚筒整体强度。现场更换后，使用至今未发现异常情况。在滚筒的设计选型时，要充分考虑到实际生产工艺对理论强度存在一定的减弱，另外还要充分考虑到滚筒运行过程中所受的复杂应力，因此要尽量提高滚筒设计的安全系数。

参考文献：

1《圆管带式输送机》（JB/T10380-2013）

2《某拉紧改向滚筒开裂分析及改进方法》（《科技与企业》2012年12月下）

3《DTII（A）型带式输送机设计手册》（冶金工业出版社2013）

（中安聯合煤化有限责任公司    安徽  淮南   232000）