带式运送机滚筒要害零件有限元剖析

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  摘 要：运用传动滚筒结构剖析办法、SolidWorks 实体建模、Ansys 有限元剖析，对滚筒全体剖析成果与要害零部件独自剖析成果比较得出定论，焊缝质量直接影响到滚筒运用寿数；在对部件进行剖析时，选用全体剖析更为精确；筒圈的首要损坏是受旋转时接受替换拉伸紧缩的变形所形成的，规划中应注重交变力并优化结构。

  0 导言跟着煤矿产值日益进步，运送量需求大、运送间隔长、作业带速高、牢靠性要求高的带式运送机在煤矿井下被广泛运用，“十三五”时期国家煤矿安全监察局展开的“机械化换人、自动化减人”作业，下降人工参加的强度，大大进步企业安全出产科技确保才能，运用带式运送机作为现在井下接连运送机械中功率最高、运用最遍及的一种主运送手法，可以很大程度上下降劳动力强度。

  滚筒是整机中要害的元件，其是否安全关乎到煤矿全体的运送系统。滚筒的规划、制造、运用都是与整机休戚相关，本文经过运用Ansys 有限元软件关于滚筒要害零件的规划剖析，把握应力的散布规矩以及对结构进行优化，使滚筒在规划朝着安全性方向进一步进步。

  1 滚筒根本状况滚筒是整机的重要组成部分，依照效果差异一般可分红传动以及改向滚筒，起到传递动力且改动胶带的作业方向，一起接受胶带很大的作业张力，所以滚筒及要害部件在规划、制造和运用各个阶段都深度联系到整机的安全及牢靠作业。

  带式运送机滚筒在运用进程中最常见的毛病有：1）筒体开裂，因为长时刻接受胶带上施加的交变应力，特别是卷板后焊接的筒圈，受焊接均匀性的影响，其接受力不平衡形成筒体开裂是最常见毛病之一；2）断轴，因为轴的加工中存在倒角或圆角，受力有应力会集现象，当超越轴的疲劳强度，形成主轴开裂；3）滚筒轴承损坏卡阻，轴承密封处受异物进入滚道，使得油脂被扫除，久而久之形成缺油，滚柱在滚道内干磨，导致轴承损坏，终究影响滚筒平稳作业。

  为防止滚筒毛病的发生，对滚筒的结构进行剖析是十分必要的，国内外许多专家和学者依据解析法对带式运送机的滚筒进行了深化的研讨，运用滚筒分组的办法，提出了许多假定条件，可是关于剖析滚筒各要害部件存在的联系，特别遇到外形、剖面不同的辐板和拼装时已存在预紧应力更是无法处理，使得对滚筒进一步的剖析受限；本次研讨运用有限元法，将滚筒当成全体来研讨，得到相对实践的成果。

  2.2 几许模型的树立因为筒体组成结构杂乱，所以在树立几许模型时，遵从以下准则：1）模型应具有满意的精确性 为了模型与实践坚持根本挨近，在考虑到形状和结构组成的契合性，一起思量支撑状况和鸿沟条件的契合性，还要考虑负载和实践状况共同。

  2）模型应具有杰出的时效性 假如节点以及单元区分的越多那么模型的精度往往也越好，可是增长了前处理、数据的预备及作业核算的时刻，使得全体剖析时刻遍及延伸。

  3）省掉掉滚筒轴端倒角、倒圆、退刀槽、密封沟槽和轴键槽对组件的影响。经过SolidWorks 实体建模，模型如图1 所示。

  2.3 几许结构简化因为几许模型直接影响分网进程和网格办法，所以尽管它是依据剖析目标笼统出来，但也不能照搬进行。应依据目标的剖析意图决议了模型的简化程度。为使本次的建模进程能完结高功率、高精度，主张零部件简化办法如下：1）将焊接联接的两个部件当作继续的一个全体；2）省掉掉轴承座（转化为对支撑轴端的轴向和径向束缚），胀套预紧用的螺钉，螺钉孔等非有必要部件，只剖析驱动滚筒及其首要零件的应力和变形；3）滚筒轴简化成球坐标束缚；4）以为滚筒和轴是全体刚性的；5）将胀套看作是实体，仅把胀套、轮毂、轴三者的力效果计入其间；6）依据有限元理论，模型在尖角处容易发生应力奇特，即在各部件的变径处发生应力的极大值。该剖析的意图是核算滚筒在杂乱应力的效果下强度是否满意要求，为了防止奇特应力的呈现，滚筒轴变径处的倒角不能省掉，但在此处会发生力会集，需求对此处进行网格细化，而且增大圆角半径。

  2.4 传动滚筒载荷的模仿对传动滚筒载荷模仿应当谨慎。如图2 所示，滚筒载荷的处理办法为：1）滚筒的重力载荷 需沿重力方向加以重力加速度；2）滚筒的径向载荷 为愈加挨近于实践，假定用平等带宽的胶带模仿实践围包角缠绕在滚筒上，然后从胶带的两头施加各自的载荷；3）滚筒的扭矩载荷，在轴两边加施与滚筒旋转方向共同的扭矩。

  2.5 模仿束缚在模型加载之后，设置相应的鸿沟条件加以束缚，限制鸿沟节点相关自由度。如图3 所示。

  模仿束缚有必要遵从以下准则：1）需求足够的束缚促进结构不发生刚体运动，得到刚度矩阵非奇特，终究得出位移的确认解；2）不得有过多束缚 因为筒圈和传动轴之间选用胀套过盈衔接办法，在有限元建模中可将这两个部件视为一个全体，动力源在轴端所传递的动力可以直接传递给传动滚筒。只需求界说轴上的束缚可满意实践需求。

  2.6 求解在完结建模和加载作业后，即可直接进行Ansys 求解。因为首要对滚筒在静力状态下的受力剖析，所以选用静力剖析方式。全体受力状况如图4 所示。在全体剖析进程中，因为轴上倒角和圆角的原因，使得轴上呈现应力会集现象，从表1 中可知最大应力约为155.81 MPa，最大位移发生在筒圈上，位移约为0.96 mm。

  2.7 滚筒全体剖析与部件独自剖析成果比较2.7.1 轴轴等效云如图5、图6 所示，可得全体剖析最大等效应力约为155.81 MPa；独自剖析最大等效应力约为74.38 MPa；最大等效应力都呈现在轴肩处；相同，独自剖析时疏忽了滚筒其他部件对轴的直接的影响，所以其剖析成果与实践需求有所不同。

  2.7.2 轮毂轮毂等效云图如图7、图8 所示，可得全体剖析最大等效应力约为68.44 MPa；独自剖析最大等效应力约为60.04 MPa；最大等效应力都发生于筒壳和轮毂焊接部位；独自剖析时，轮毂的受力状况有所改动，而且疏忽了胀套对腹板的影响，使得胀套周边的轮毂应力与实践中相差很大。2.7.3 筒圈筒圈等效云图如图9、图10 所示，可得全体剖析最大等效应力约为62.41 MPa；独自剖析最大等效应力约为56.57 MPa；而最大等效应力都呈现在筒圈与轮毂焊接的方位，其径向的应力和三个剪应力的值较小，周向、轴向的值较大，而且等效应力沿周向是改变的，所以外部周向以及轴向遍及比里边的力要大；独自剖析时，疏忽了滚筒其他部件对筒圈的影响，所以其剖析成果与实践需求有所不同。

  3 结语依据有限元Ansys 环绕传动滚筒和要害零元件在规划工况下展开静力学研讨，终究定论如下：1）归纳上述传动滚筒和要害零件有限元剖析，可以明晰得到应力存在有必定规矩，尽管应力的极大值未发生于筒体外圈，但这个方位刚好有焊缝，其质量好坏决议了筒体正常寿数，所以全体制造有必要恪守合规的加工工艺文件，确保焊接全进程关。2）经过剖析比照可知，不论是全体剖析仍是独自剖析，要害零部件的极值方位没有改变，可是其值巨细相差相比照较大。在对要害零元件展开作业时，选用全体剖析更为精确。3）筒圈的首要损坏办法是由筒圈和轴在旋转时接受相应替换拉伸紧缩的变形所导致，规划中交变力要引起注重并优化规划结构。

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