改向滚筒轴承内置式作为可伸缩带式输送机中配置数量较多的部件，应用过程中常因轴承座、轴承盖受连接螺栓剪切影响发生故障，制约着滚筒的使用寿命。因此，通过分析改向滚筒的几种结构形式，从其外部安装固定、内部轴承室结构、紧固方式等方面进行了受力分析，在保证其强度、刚度的要求下，对比调心球轴承和调心滚子轴承的特性及选型，对滚筒内置分体式轴承室结构及轴承形式进行了改进优化，解决了应用中出现的故障，可供同行设计和生产者借鉴。

可伸缩带式输送机作为连续运输设备中使用最普遍、效率最高的一种机型，为使胶带张紧形成无级循环，每台配置6~8个直径在200~400mm的改向滚筒，其在输送机运行中发挥了改变皮带缠绕方向、增大滚筒包角、促成张紧装置的重要作用，一旦某处滚筒发生故障失效，都将导致整台输送机无法正常工作，甚至发生安全事故，可以说滚筒的结构性能起到了支撑和基础性的作用。我们公司生产的DSJ65和DSJ80型可伸缩带式输送机，下属某矿投入了5台，最早批次以5年为生命维护周期，在停产检修时需要换滚筒轴承座、轴承盖配件40多套，几乎是达到了每个改向滚筒都需更换新配件。随着维修配件的逐年递增，充分暴露出滚筒结构上的不合理性。

1  改向滚筒结构形式分析

滚筒结构形式根据轴承的安装位置，可分为轴承外置式和轴承内置式两种。轴承外置式是一种传统的滚筒结构，主要应用在TD75型及 DT II 型固定式带式输送机上，这种结构由于轴与筒体一起旋转，受到的是循环载荷，则容易造成疲劳破坏。近几年提出了轴承内置式滚筒，在可伸缩带式输送机上应用较多，公司生产的改向滚筒即为这种结构，主要安装在机头卸载段和机尾受料段以及中部张紧段。

这种轴承内置式改向滚筒主要由筒皮、辐板、轴、轴承座、轴承、轴承盖、紧固螺栓及密封件组成，两侧的轴承座及轴承盖各用4颗M16x60的螺栓同幅板上对应的攻丝孔连接在一起。如图1（a）所示为400mm滚筒改进前的结构。这种结构将轴承安装在轴与轮毅之间，使轴不再随筒体转动，降低了转动惯量，只受到静载荷，有效解决了疲劳破坏问题，同时结构简单，安装便捷，在可伸缩带式输送机上得到了广泛应用。

2  现有结构存在的问题

目前，在可伸缩带式输送机保养小修过程中，维护人员发现由于改向滚筒两端的内置轴承室是分体式结构1/2固螺栓经常有一侧出现自动退丝而失效，轴承盖与轴承座松动，受到磨损，轴承直接损坏，严重时辐板与筒皮之间的焊缝还出现开裂。这个损坏故障问题在输送机运转过程中埋下了安全隐患，容易导致输送带受力发生变化，引起跑偏、划伤甚至断裂。小修维护发现后只有更换新滚筒或将螺栓临时焊死，否则螺栓掉落将导致轴承散架，发生停运事故。大修停产检修时，部分滚筒更换新轴承、轴承座及轴承盖配件后方可使用，个别出现严重失效则难以修复，只能报废。

3  损坏故障原因分析

从固定方式及失效现状来看，退丝剪切问题总是出现在滚筒顺时针旋转的这一侧。同时，改向滚筒在三种不同功用条件下虽然安装位置不同，但都起到了改向作用，受力也相对简单，只受到其上张紧力作用的压力以及摩擦力。如图2改向滚筒受力图解所示，虽然轴两端加载了外置轴座的支撑力，但与输送带的张力平衡，在分析滚筒端面部件失效的情况时是可以被忽略的。于是，主要从滚筒的内置分体式轴承室结构形式，进行详细的故障原因分析。

3.1 改向滚筒外部安装受力分析

改向滚筒安装在滑槽式外置支承轴座上，两侧由顶丝螺栓微调偏，若人为调偏量过大，滚筒与输送机中心线不垂直，滚筒受力相对于中心线发生偏置，使得两侧轴承盖上的螺栓受力不均，出现交变载荷，同时加大了辐板的受力，焊缝沿应力集中处将发生开裂。

3.2 内置分体式轴承座受力分析

滚筒轴承座受力平衡如图2所示，分析有以下公式：

4N,'+ N = P

式中： N 一滚筒轴承盖对轴承座压力；N1'一轴承盖螺栓对轴承座的压力； P ﹣轴承对轴承座的支撑力， P =(2.05~2.07) Sy ; Sy 一胶带在滚筒相遇点的张力。

N1'与 N 的作用大小与滚筒轴承座和轴承盖之间的配合间隙有很大关系，间隙越大则螺栓受力 N '越大，轴承盖压力 N 越小。

轴承座力矩平衡则有：

M =4N,' R + M '=(0.05~0.07) SyR 

式中：N2'一轴承盖螺栓传递力矩对轴承座的切向压2/23﹣螺栓与滚筒轴中心的距离；M '一轴承座与轴承盖之间的静摩擦力矩。

M '与螺栓的紧固力有关，紧固力越大，轴承与轴承盖之间的压力越大，摩擦力也越大。

3.3 分体式轴承室紧固螺栓受力分析

如图2分析可知，改向滚筒运行过程中，轴承盖螺栓承受传递正压力的N1'和传递扭矩的N2', N '的方向不变，而N2'作用方向随着螺栓在转动中的位置变化而变化，其合力 N '的大小和方向都随滚筒的旋转而循环变化。 N '= N ,1'+N2', N '=N1'-N2'，正是在这种循环应力作用下，轴承盖螺栓因疲劳而被剪切。

通过以上分析，改向滚筒的损坏故障，直接原因是由于轴承盖螺栓退丝被剪切破坏，轴承盖与轴承座无法固定，轴承不能有效密封而过早损坏，进而导致轴承室配件的严重磨损。而造成轴承盖螺栓剪切的主要原因是：因滚筒轴承座的分体式结构，紧固螺栓与连接孔之间存在间隙，螺栓不能与孔面完全接触，导致力矩传递主要由螺栓承担，因而降低了螺栓的抗疲劳强度；同时由于滚筒两端辐板系加工好后与筒皮焊接，分体式轴承座与轴承盖之间的配合间隙又较大，组装后两侧轴向达不到完全同，在频繁的冲击与振动条件下应用，则产生一定的径向摩擦力，在螺栓各支承面之间不停地反复，这种力正好与滚筒顺时针侧的螺栓预紧力相反，使得该侧各支承面之间的摩擦阻力瞬间减少或消失，久而久之螺栓逆向返松，发生退丝剪切而失效。

4  轴承室优化改进方法

针对当前改向滚筒的结构及螺栓剪切损坏的机理原因，对内置分体式轴承室结构及紧固方式进行了优化改进。

4.1 支承轴承由调心球轴承更换为调心滚子轴承

两种轴承的特性比较：调心球轴承主要承受径向载荷，亦可同时承受少量的双向轴向载荷，不宜承受纯轴向载荷，额定动载荷比为0.6~0.9，摩擦比0.8，旋转精度及刚度不好，噪声和振动大，使用寿命较短，价格较高。以两列钢球作滚动体，与滚道点接触，具有自动调心的性能，可以自动补偿由于轴或外壳的挠曲变形产生的同轴度误差［3]。调心滚子轴承则主要承受径向载荷，同时也可承受任一方向的轴向载荷，额定动载荷比为1.8~4.0，摩擦比1.3，旋转精度不好但刚度好，噪声和振动大，使用寿命长，价格高。以两列球面滚子作滚动体，与两套圈滚道是修正线接触，承载能力大，特别适合在重载或振动载荷下工作，但不能承受纯轴向载荷，具有良好的调心性能，能补偿同轴度误差。

两种轴承的选择：根据载荷大小和方向选择，如果既存在径向和轴向的联合载荷，同时还存在轴和壳体变形大、安装对中性差的情况，可选用调心球轴承或调心滚子轴承。根据轴承工作转速选择，调心滚子轴承适用于重载中速，调心球轴承适用于轻载高速。

结合改向滚筒的使用工况及受力情况，通过两种调心轴承的特性对比，从安装的尺寸空间、轴承的刚性等主要因素综合考虑，选用23系列调心滚子轴承代替原来03系列调心球轴承，优化了滚筒轴承的支承性能。

4.2 内置式轴承室由分体式改为固定式

将内置式轴承座与辐板设计成一体结构，再和筒皮直接焊接组成新型筒体，使内置分体式轴承室成为固定式轴承室，同时根据调心滚子轴承安装宽度，改进了原轴承座安装深度，如图1（b）所示为400mm滚筒改进后的结构。这样改向滚筒，每侧的螺栓仅起固定轴承盖密封轴承的作用，不论滚筒是顺时针还是逆时针旋转，紧固螺栓始终处于自锁状态，有效地解决了螺栓退丝剪切问题。

5  改进结论分析

通过改进改向滚筒的内置轴承室紧固结构，使得设计更合理，加工工序简单化，降低了生产成本，解决了轴承盖连接螺栓退丝剪切故障问题，延长了轴承的使用寿命，提高了滚筒的机械性能，降低了运转能耗，为同类问题的解决提供了很好的借鉴。