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电动滚筒
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隔爆型电动滚筒结构分析
关键词: 电动滚筒 减速机维修 减速机 电动滚筒维修 电动滚筒价格 发布时间:[2021-8-3]
作为煤矿井下输送机的重要驱动设备,电动滚筒已经广泛应用于各种规格的带式输送机。传统的电动滚筒结构如图1所示,滚筒两侧的轴作为固定支撑,内部有一个完整结构的三相异步电机,通过齿轮传动结构驱动外部的筒体转动,筒体和端盖、端盖和定轴之间形成隔爆接合面,防止内部产生的爆炸传播到周围环境中。而近年又出现了一种新的结构,采用永磁式同步结构,如图2所示,电机和电动滚筒为一体式结构,磁钢固定在筒体内侧,电机绕组采用水冷方式降温。
电动滚筒与普通的防爆电机最大的区别在于,普通的防爆电机在运行中,电机外壳不受力,仅转轴承受扭转力矩,而电动滚筒的筒体在运行中受到外部输送带施加的周期变化的拉力,根据输送机规格的不同,这个拉力最大可以达到50吨。由于筒体构成隔爆外壳一部分,一旦受力时变形过大或者在长期运行中由于疲劳而发生材料性能下降,将会造成隔爆结构失效,造成严重的爆炸事故隐患。而永磁结构滚筒由于滚筒和电机为一体结构,筒体和定子线圈之间的气隙通常控制在1.5mm左右,如果筒体变形过大还会造成刮膛的故障。
因此,对这类结构进行强度、可靠性分析时,除了常规隔爆设备所承受的内部爆炸产生的压力外,还应考虑外部施加的拉力导致的变形和长期交变外力导致的结构疲劳,尤其是应变疲劳。
为此,本文选用了某企业设计的永磁同步电动滚筒作为典型进行分析。对其筒体建立模型,筒体φ800mm*1120mm,厚度24mm,材质为结构钢,在筒体的两端施加固定支撑。外侧输送带使用厚度为5mm宽度为1000mm的半圆环进行模拟,为了保证其有足够强度,材料选用结构钢,在半圆的侧向施加5*105N的均匀拉力。
经过有限元分析软件的计算,可以得到筒体的应力、变形的分布。
对变形云图进行分析,可以发现,在滚筒与输送带接触(分离)处的变形最大,并且接触输送带处内凹,对面外凸,形成了一个鞍形的变形,但是由于筒体的壁厚很大,最大的变形不足以引起定转子之间的剐蹭。
对应力云图进行分析,发现在筒体靠近两端处的应力最大,但未达到材料的极限。
而通过计算其应变疲劳寿命,也有相当长的使用寿命。
在实际的设计中,为了固定磁钢,部分企业采用了在筒体内侧钻螺孔的方式,这种情况下,就需要考虑螺孔对结构强度、应力分布的影响。
对这种情况,本文参考企业的设计,简化了结构,在筒体上增加了直径为6mm的通孔,轴向分布11排,圆周上20个。重新计算后结果如下。
从各图上可以看到,虽然筒体整体的结构变形、应力分布情况还是比较理想,但是在孔边缘部分,有应力集中的情况,并且在长期的交变受力工况下,筒体的疲劳寿命还是显著缩短了,其薄弱点在孔的外部边缘。
部分的设计方案中,磁钢的固定螺栓孔是穿透筒体,然后再从外侧用焊接的方式进行封堵,由于螺孔多达几百个,结构特点导致只能靠人工焊接,焊接的质量、厚板材焊接后引起的应力集中、长期交变外力作用下焊缝的疲劳等,不可能仅靠水压试验保证,且不确定因素过多,无法有效控制,因此,对有通孔的结构不建议采用。
隔爆型电动滚筒,由于其受力情况与普通隔爆外壳差异很大,在外部受到较大拉力时,需要谨慎考虑其变形和受力情况。由于输送带的拉力是均匀施加在筒体上,整体变形、应力分布情况较好,不足以引起防爆结构的失效,但是筒体上的磁钢固定螺孔会对筒体的应变寿命有一定的影响,在长期使用中,应注意对薄弱部位的老化情况进行监视。
本文示例中的筒体较短,受力情况比较良好。但在对更长的筒体进行分析时发现,筒体上的变形加剧,应力显著增加,且应变疲劳寿命明显缩短,因此,对长筒体要持谨慎的态度,在进行测试、检验时应注意相关部位的变形情况。
而为了封堵螺孔而采取的焊接措施,由于焊接质量、应力集中、疲劳等不可控因素过多,无法有效控制,因此,对有通孔的结构不建议采用。
下一个:电动滚筒在食品行业中的应用

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