河南理工大学本科毕业设计（论文）
5.5卷筒的失效形式及原因
卷筒的失效形式主要有：
(1)裂纹 出现于筒壳、支轮及支环上。筒壳上的裂纹多出现于圆周方向和螺钉孔处。如图5—13所示。支轮的裂纹多出现于人孔周边，呈放射状。支环的裂纹多出现于焊缝处，或支环断裂。
图5—13 筒壳的裂纹形式示意图
(a)沿筒壳圆周方向局部开裂；(b)沿焊缝和支轮处局部开裂 1—筒壳；2—支环 (2)局部变形过大 多数是筒壳中部塌陷。
(3)连接螺拴被剪断或弯曲变形过大，造成这些失效的原因是复杂的，具体分析，一般来说可能有：
1)理论计算有误 例如某矿使用的2×4×1.7仿苏型提升机，根据正确计算应有3～ 4个支环，而实际只有两个，故造成卷筒强度不足；
2)结构设计不良 造成卷筒各部分刚度相差过大。例如所加支轮和支环的结构不合理形成局部刚性过高从而导致局部应力过高，不符合弹性均勾化设计原则； 3)加工安装不当 例如卷筒不圆，或支环与筒壳贴合不好等； 4)使用维修不当 仅如过载，以及加速度过大等； 5)原材料有缺陷 例如内部裂纹等；
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6)焊接工艺不当 例如焊条或焊接参数选用不当，焊接处清洗不净，以及焊后不进；行热处理或热处理不当造成焊接残余应力过高等；
7)原设计许用应力选取过大 例如苏制或仿苏的2×4×1.7和2×4×1.8提升机，
标准中可以采用8t底卸式箕斗，钢绳直径可达47．5mm，钢绳最大静拉力可分别达到17.5t和18t，而筒壳厚度仅有16mm，其应力可达180～200MPa，因此就很容易出现裂纹。
5.6筒壳许用应力的确应
筒壳和支环的材料通常是A3(Q235)和16Mn，铸造支轮多用ZG350。A3(Q235)的厚度在20～40mm时。?s＞230MPa，?b＝400MPa。16Mn的厚度在20～40mm时，?s＞290～330 MPa ?b＝500MPa。
尽管从理论上分析得知筒壳和支轮所受的应力是变化的，实践也证明多数卷筒的失效都在没有显著变形的情况下形成裂纹。但在设计计算时，都是按照静强度的方法来计算，或按照与疲劳强度等效的静强度计算。
安全系数的确定是一个比较复杂的问题。它主要取决于下列几种因素： 1)原材料的稳定情况，包括材料性质，原材料尺寸变化，制造工艺的稳定性等； 2)计算的精确度，包括外载荷，以及应力等计算的精确程度； 3)零件的重要程度。
根据卷筒的具体情况，它的原材料和制造工艺都比较稳定，计算精度为中等，又是属于比较重要的零件，根据经验可把其安全系数定为1.5～1.8。目前我国各厂家常取A3的许用应力（?）=140MPa，l6Mn的许用应力（?)＝180MPa。它们也都在1．5～1．8之间。或这样计算，即取材料的脉动疲劳极限为(0．52～0．56)，安全系数为1．5。达样计算出的许用应力亦与上述相近。但考虑到卷筒在成形或安装时，会有局部凹陷的现象，故有人建议在按上述许用应力计算出卷筒厚度之后再加上2～3mm。
卷筒的焊接和连接螺栓的许用应力至今尚无统一认识，设计中可以参照卷筒的母材的许用应力或参照结构设计规范选取，见表5—1。
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在滚筒上的螺孔及焊缝截面的变化处均有应力集中，焊接处如不经退火也会有残余应力存在。未经处理的焊缝中心的残余应力是拉应力，其值可达到屈服极限，当它与工作应力叠加时，造成平均应力增加。这样就大大降低许用疲劳强度，使寿命降低。消除的方法可以用退火、振动与锤击，以及火焰烘烤等，另外也可以用热法。
表5—1 焊缝和连接螺栓的许用应力 单位MPa
5.7提升机滚筒强度的验算
具体计算及校核JT-1.0×0.8型的筒壳强度
(1).已知条件（JT-1.0×0.8型绞车）
钢绳最大静张力F=20KN，钢绳直径d=18.5mm 钢绳弹性模量Es?1.0?105Mpa 钢绳金属断面积As?2.84cm 卷筒壳半径r=38cm
缠绕层数n=3；轮毂半径r0?6.25cm
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缠绕节距t=18.5+2=20.5mm
卷筒壳厚度??20mm；圆盘厚?1=22mm 钢的弹性模量E?2.0?105MPa 筒壳及圆盘材料16Mn, (2).计算：
???=182MPa
xy?1.83r??1.8338?2?15.95cm
i?xyt?15.95?7.78 取i=7 2.05??1.2851.285??0.14740∕cm r?43.2?21i?F(?x)的计算如下：
查表6-1《矿山提升运输机械》（冶金工业出版社）
距第一圈 的距离2.05 x(mm) 4.1 6.15 8.2 5 0.30 0.9267 0.60 0.7628 0.91 0.5648 1.21 0.2842 1.51 0.2339 1.81 0.120.0397 02 0 2.12 2.42 10.212.3 14.35 16.4 ?xi F1(?xi) ?F(?x)1i2.932
自由筒壳区钢绳张力降低系数：
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C?1?0.641EsAsEr?3
?F(?x)1i?1?0.6411?2.842?38?23?0.8674
?2.932(3).计算三层缠绕时的缠绕系数：
A?t?d?2.05?1.85?3.8cm2
??EsAs1.0?2.84??0.3737 EA2?3.811a3?1??
1??1?2?11?1???2.30
1?0.37371?2?0.3737(4).计算筒壳强度
1）自由筒壳区 筒壳均布载荷
Fa345?103?2.30q???1047.57N/cm2
rt38?2.60?y?qcr??1047.57?0.8674?38
2?17265N/cm2?172.65MPa182MPa????
2） 在支撑处：如认为此处钢绳张力降低系数
滚筒支轮轮缘直径
根据《煤炭安全规程》第385条规定：绞车滚筒上缠绕两层或两层以上钢丝绳时，滚筒边缘应高出最外一层钢丝绳的高度至少为钢丝绳直径的2.5倍。 D1?1000?3d?2.5d?1101.75mm?1100mm D1——滚筒支轮轮缘直径； d ——钢丝绳的直径，d=18.5mm。
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JT1.0提升绞车设计
