皮带输送机改向滚筒断裂个案分析

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      改向滚筒又叫导向滚筒，是皮带输送机的重要承载部件，主要作用是改变输送带的运行方向或压紧输送带使其增大与传动滚筒的包角。
      该改向滚筒采用铸焊结构，轮毂与轮轴之间采用胀套方式联接。改向滚筒表面采用平面胶层，表面胶层的形成方式为铸胶。
      该改向滚筒位于皮带输送机头部，其承受载荷主要是滚筒自重与胶带张力。其所在皮带输送机参数：ST1250型钢丝绳芯带(普通阻燃耐寒型)，带宽B=1400mm，带速2.5m/s，出力为1500t/h，倾角13.6°，全长525米。
      1、改向滚筒断裂现象
      2011年7月24日，该滚筒铜皮左侧的环形焊缝整圈开裂并伴随有异音。当时专业立即组织人员对该焊口进行打磨补焊出力，使皮带输送机及时恢复备用。
      2011年12月14日，该滚筒焊口焊补部位再次发生开裂，进行了坡口打磨补焊处理，经空载试运正常。当重载进行输送时滚筒仍有异音，随即停运皮带输送机对该滚筒另一侧焊口进行了检查，发现该环形焊缝开裂2/3圈。
      改向滚筒焊口开裂对输送带运行时受力产生变化，容易引起皮带跑偏，甚至会划伤、撕裂皮带，给皮带输送机的安全运行带来隐患。
      2、改向滚筒断裂原因分析
      滚筒本身在运行时选择，由于输送量的不恒定，其所受载荷随顺时输送量作交替变化，因此滚筒出现了随时间而交替变化的应力。该滚筒长期在交变应力作用下工作，出现了突然断裂事故，而且是在没有明显塑性变形情况下发生的脆性断裂，即疲劳破坏。
      滚筒焊口部位正是应力集中区域，铜皮焊口还存在先天焊接缺陷，在经过应力多次交替变化后，首先产生细微裂纹，也就是疲劳源，这种裂纹随着应力循环次数的增多而逐渐扩展，裂纹两端的材料时分时合，并互相研磨，形成断面的光滑区域，随着裂纹的不断扩展，焊口处的有效面积不断减少，以至突然断裂。
      3、整改措施
    滚筒在交变应力的作用下，反复拉伸压缩，由于不断地塑性变形，焊口处在冷作硬化和应力集中的状态下，最终导致断裂。为获得优质焊缝、防止焊缝开裂，要保证滚筒的焊接工艺。
    (1)焊前准备
      由于生产现场机组负荷高、皮带输送机停运时间短、施工空间不足等原因，滚筒不能拆除返厂修复，只能现场修补。将皮带输送机做好电机停电等安全措施后，在该滚筒前后适当位置打上夹板防止皮带溜坡，然后吊起配重，整条皮带松弛后，在头部用手拉葫芦拖拽皮带使该改向滚筒能自由旋转即可。
      (2)焊接清理
      滚筒在手工焊接时必须进行焊前、焊中、焊后清理，这时获得优质焊缝的重要措施之一。用电铲先将滚筒包胶剔除，用角向磨光机等工具清除焊缝边缘及焊层之间由于机械切割和融化切割所产生的毛刺、熔渣、飞溅等，以防止焊缝气孔、夹渣等缺陷的产生。
      (3)焊材选择
      滚筒铜皮的材料一般为Q235，轮毂的材料一般为ZG230-450。筒皮上的直焊缝及滚筒与轮毂相接的环焊缝均采用现场手工电弧焊。
      焊接材料一般应选择与滚筒强度相当材料，必须综合考虑焊缝金属的任性、塑性及强度。焊缝强度一般不能低于产品的要求。焊缝强度过高，将导致焊缝韧性、塑性以及抗裂性能下降，从而降低焊接结构的使用安全性。此处选择焊接材料时，还要考虑工艺条件的影响。根据滚筒的材料、坡口和接头形式，我们选用直径5mm的J507焊条。
      (4)工艺参数
      ①坡口形式。
      环焊缝坡口。
      ②工艺参数
      根据铜皮厚度、坡口形式、工件材质、现场施工条件等情况选用的焊条直径，经过生产实践和超声波探伤检查，确定了成熟的工艺参数。即层数：3层，电流：160-270A。
      (5)焊后保证
      焊后检验。滚筒焊接完后必须进行检验，除了对焊接外观质量检验外，必须对焊缝安装JB4730-94.Ⅱ进行超声波探伤检查，对有缺陷的部位打磨清理后重新施焊直至合格。
      (6)滚筒包胶
      滚筒两侧环焊缝检验合格后，开始进行滚筒金属表面打磨处理，将纹路磨平进行冷粘包胶，常温静置固话48小时后即可载荷运行生产。
      自改向滚筒改进后至今运转良好，未出现任何异常及故障向下。实践证明，滚筒环焊缝现场挖补焊接工艺可行，提高了滚筒的可靠性，延长了滚筒使用寿命，降低了皮带输送机维修费用，对于输送设备检修具有实际的借鉴意义。