傳動滾筒是皮帶輸送機傳遞動力的主要部件，其驅(qū)動皮帶輸送機的方式有單滾筒、雙滾筒及多滾筒之分。單滾筒多用于功率不太大的輸送機上，如煤礦地面運輸及選煤廠等處。井下帶式輸送機一般均采用雙滾筒，以使輸送機結(jié)構(gòu)緊湊。傳動滾筒從制作材料上來分有鋼板卷制焊接、鑄鋼及鑄鐵3種。從結(jié)構(gòu)型式上來分有裝配輻板式、輻條式、整體輻板式3種。另外，滾筒表面也有光面、包膠、鑄膠等型式；其中，以鋼板焊接裝配輻板式鑄膠滾筒應(yīng)用廣泛。
礦用皮帶輸送機是礦山輸送機械中的重要設(shè)備，由于使用環(huán)境的特殊性，在設(shè)計制造的過程中，對其結(jié)構(gòu)和型式都提出了特殊的要求，這些要求都集中地反映在礦用皮帶輸送機的主要部件——傳動滾筒的結(jié)構(gòu)及型式上。如圖1所示。
圖1 傳動滾筒結(jié)構(gòu)示意圖
傳動滾筒的設(shè)計一般根據(jù)輸送帶張力和輸送量來選定滾筒直徑和輸送帶寬度(滾筒寬度)，但筒體和接盤的受力及變形情況至今仍沒有的解釋。除滾筒軸有較成熟的計算公式外，筒體厚度接盤厚度的計算多采用經(jīng)驗公式，筒殼、輻板的厚度均根據(jù)計算得來的軸承部位的軸徑來確定。因此，有必要在傳統(tǒng)計算方法的基礎(chǔ)上對傳動滾筒各部位的結(jié)構(gòu)及受力作整體考慮，以提高傳動滾筒乃至皮帶輸送機的使用壽命。
傳動滾筒作為一種由簡體、接盤和軸裝配焊接起來的組合構(gòu)件體，作用其上的輸送帶張力連同扭轉(zhuǎn)力一起轉(zhuǎn)移到軸上，然后轉(zhuǎn)變成相當(dāng)復(fù)雜的內(nèi)部應(yīng)力作用于滾筒的各個部件上，每個構(gòu)件上的應(yīng)力在方向和性質(zhì)上均不相同。輸送帶張力、滾筒軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角、接盤的剛度及簡體厚度都決定著內(nèi)部應(yīng)力。分析計算表明，筒體上的內(nèi)部應(yīng)力在滾筒的圍包角為60°時。
當(dāng)輸送帶張力作用于滾筒之上時，滾筒軸和滾筒的每一個構(gòu)件均會產(chǎn)生位移。對傳動滾筒受力變形位移的結(jié)構(gòu)分析決定了滾筒部件的強度計算。為了進(jìn)一步提高傳動滾筒的整體強度、尋求參數(shù)組合，有必要采用優(yōu)化設(shè)計的方法對傳動滾筒作進(jìn)一步的分析。具體地講，就是在滿足傳動滾筒的強度、剛度條件下，設(shè)定小為目標(biāo)函數(shù)，對接盤支點、軸徑、筒殼厚度、輻板厚度等參數(shù)進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計。
經(jīng)驗算，傳動滾筒優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果大大改善了輻板的受力情況，在一定程度上解決了傳動滾筒在交變應(yīng)力作用下，輻板與輪轂以及輻板與筒殼間產(chǎn)生裂紋，最終導(dǎo)致滾筒失效這樣一種見的滾筒破損問題。同時，該種優(yōu)化設(shè)計方法可以移植到受力條件較好的改向滾筒和張緊滾筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，其優(yōu)化設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù)還可通過專用接口傳遞給計算機繪圖和計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，以實現(xiàn)傳動滾筒設(shè)計的自動化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。
對礦用皮帶輸送機傳動滾筒的軸徑、筒殼厚度、接盤支點和輻板厚度進(jìn)行了整體優(yōu)化設(shè)計，這是解決傳動滾筒因產(chǎn)生裂紋而失效——這一在設(shè)計和制造過程中長期困擾工程技術(shù)界難題的一次非常有意義的嘗試。但是，要想搞清傳動滾筒復(fù)雜的應(yīng)力分布情況和變形機理，還需對傳動滾筒的受力作更深入的研究。