礦用帶式輸送機驅(qū)動輪滾筒的穩(wěn)定性特征分析

張洪洲

（西山煤電股份有限公司 馬蘭礦，山西 古交 030205）

礦用帶式輸送機驅(qū)動輪滾筒的穩(wěn)定性特征分析

張洪洲

（西山煤電股份有限公司 馬蘭礦，山西 古交 030205）

以國內(nèi)某礦大巷帶式輸送機驅(qū)動輪為工程實際，利用理論分析和數(shù)值模擬結(jié)合手段，分析驅(qū)動輪工作時皮帶和筒壁的變形及應(yīng)力特征，模擬驅(qū)動輪和皮帶間的摩擦擠壓接觸模式，較真實反映了皮帶和滾筒的相互作用。研究結(jié)果表明：筒壁徑向變形在平行于滾軸方向上中間大兩邊小；筒壁的徑向應(yīng)力集中在筒壁和輻板的連接處，最大值出現(xiàn)在30°處位置的筒壁和輻板的接觸位置。研究成果可對同類條件下礦用帶式輸送機的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

礦用帶式輸送機；滾筒；穩(wěn)定性特征；數(shù)值計算

我國煤礦生產(chǎn)中，帶式輸送機廣泛用于采區(qū)的上下山、運輸大巷、地面運輸?shù)葓鏊鵞1-3]，較為方便、快捷。它可根據(jù)礦井儲量，巷道長度、寬度、坡度等量身訂做，并有輸送距離長、連續(xù)運輸、運輸量大、布置靈活等優(yōu)點。但是由于礦用環(huán)境惡劣、載荷分布不均、載荷波動大等特點，它會經(jīng)常發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障，將會影響煤礦安全生產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟損失[4,5,7,8]。

帶式輸送機中的驅(qū)動輪是重要部件，驅(qū)動輪能否順利正常運轉(zhuǎn)及其壽命直接影響著輸送機的正常工作。本文以國內(nèi)某礦帶式輸送機驅(qū)動輪為研究對象，利用理論分析與數(shù)值計算結(jié)合手段，分析礦用帶式輸送機啟動工況下的驅(qū)動輪滾筒的載荷分布、受力、變形特征，充分考慮皮帶和滾筒的擠壓和摩擦接觸問題，皆在對于同類條件下的礦用帶式輸送機的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

1 驅(qū)動輪滾筒的理論分析

周向載荷分布規(guī)律：礦用帶式輸送機驅(qū)動輪工作時受到扭矩力，在輸送帶和滾筒之間存在擠壓和摩擦力，輸送帶和滾筒分離的兩端皮帶上的張力，對滾筒軸心所產(chǎn)生的力矩等于外界輸入的扭矩。滾筒表面沿環(huán)向和軸向的受力情況見圖1[4]。筒壁沿軸線方向上徑向的變形曲線見圖2[4]。

2 驅(qū)動輪滾筒的數(shù)值模擬分析

2.1 數(shù)值計算模型的建立

圖1 滾筒受力圖

圖2 筒壁沿軸線變形圖

本文以國內(nèi)某礦大巷帶式輸送機驅(qū)動輪為例，遵循數(shù)值計算大型模型建模原則，充分考慮皮帶和滾筒筒壁擠壓和摩擦的情況下[4-9]，建立輸送帶和滾筒的三維模型，其中滾筒直徑1670mm，輸送帶寬度1400mm，驅(qū)動輪滾筒筒壁厚度38mm。其有限元數(shù)值分析模型，見圖3。所用材料和力學參數(shù)如表1所示。

表1 數(shù)值計算中零件材料及力學參數(shù)表

圖3 整體模型網(wǎng)格化分及邊界條件多視角圖

2.2 筒壁的變形分析

為了立體地直觀地分析滾筒筒壁的位移變形分布規(guī)律，繪制了滾筒筒壁的徑向位移云圖。見圖4，從圖看出，筒壁徑向位移從中央向兩邊逐漸減小，筒壁的最大徑向位移出現(xiàn)在皮帶和筒壁接觸區(qū)域靠近皮帶輸入部位中央附近，其值約達0.1mm。

圖4 筒壁的徑向位移云圖多視角圖

圖5 筒壁中央徑向變形沿筒壁環(huán)向曲線

滾筒筒壁中央徑向變形曲線，見圖5，曲線30°處為皮帶駛?cè)霛L筒點，180°處為皮帶駛離滾筒點。滾筒筒壁的位移規(guī)律為：從皮帶駛?cè)朦c到駛離點，位移先急速增大，后較緩慢減小。理論分析筒壁變形時，由于簡化較多，分析認為筒壁和皮帶接觸的駛?cè)朦c為筒壁變形最大部位，而數(shù)值計算結(jié)果表明，筒壁的最大變形發(fā)生在角度約為30°的部位，這與實際情況基本吻合，克服了單純的理論分析的不足。

2.3 筒壁的應(yīng)力分析

為了立體地直觀地分析滾筒筒壁的應(yīng)力分布特征，繪制了滾筒筒壁的徑向應(yīng)力云圖。見圖6，從圖看出，筒壁的徑向應(yīng)力較高部位都集中在筒壁和輻板的連接處，這是由于輻板對筒壁有支撐和擠壓作用造成的，根據(jù)應(yīng)力和變形關(guān)系確定，筒壁的徑向應(yīng)力最大值也應(yīng)出現(xiàn)在前面坐標系30°處的筒壁和輻板的接觸位置，其值大約4MPa。

圖6 筒壁的徑向應(yīng)力云圖多視角圖

3 結(jié)束語

關(guān)于帶式輸送機的穩(wěn)定性分析，前人做過大量研究工作，理論分析簡化太多，數(shù)值計算較少反映皮帶和滾筒的擠壓+摩擦式接觸。本文以國內(nèi)某礦大巷帶式輸送機驅(qū)動輪為工程實際，通過分析滾筒的受力和變形特征，利用數(shù)值計算模擬驅(qū)動輪和皮帶間的摩擦擠壓接觸模式，較真實地反映了皮帶和滾筒的相互作用。研究結(jié)果表明：筒壁徑向變形在平行于滾軸方向是中間大兩邊小；筒壁的徑向應(yīng)力區(qū)域集中在筒壁和輻板的連接處，最大值出現(xiàn)在30°處筒壁和輻板的接觸位置。

[1] 汝長青，張宇晨.長距離大運量帶式輸送機的研究[J].煤炭工程，2011(12):112-114.

[2] 吳顯輝，徐鵬，李榮德.礦用帶式輸送機常見故障分析及處理[J].科技信息，2011(27):847.

[3] 毛華晉，廉自生，顧惠君.帶式輸送機驅(qū)動滾筒的有限元分析[J].煤礦機械，2011，32(70):77-79.

[4] 席平原，申屠留芳.用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的帶式輸送機啟動過程有限元分析[J].2007，26(10):761-764.

[5] 謝加保，郭永存，胡坤.帶式輸送機大扭矩傳動滾筒的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計[J].起重運輸機械,2009(1):21-24.

[6] 余以道,王建,王克喜.帶式輸送機特大型滾筒的有限元分析[J].煤炭科學技術(shù),2009,37(5):68-71.

[7] 李佳,鄭曉東,王雷，等.基于動態(tài)非線性模型的帶式輸送機滾筒有限元分析方法[J].煤礦機械,2008,29(11):55-58.

[8] 聶文杰，薛河,劉金依.帶式輸送機驅(qū)動端膠帶的非線性力學分析[J].煤礦設(shè)計，2001(5):24-26.

[9] 肖林京，隋秀華，苗德俊.基于ANSYS的帶式輸送機傳動滾筒疲勞壽命分析研究[J].煤礦機械，2008，29(11):28-30.

Stability Features of Driving Wheel Cylinder of Belt Conveyer inmines

ZHANG Hong-zhou
(Malanmine,Xishan Coal and Electricity Co.,Gujiao Shanxi 030205)

Taking driving wheel of belt conveyor as engineering practice,theoretical analysis and numerical simulation were combined to study deformation and stress of belt and cylinder wall at work.The simulation of friction,extrusion,and contact patterns reflected the interaction between the driving wheel and the belt.The results showed that radial deformation of the cylinder wall was big in themiddle and small at both ends in parallel to the roller direction.The radial stress focused on the joint of the cylinder wall and the wheel discs and themaximum stress appeared at the 30degree position.The findings could provide a foundation for optimizing belt conveyor design in the similarmines.

belt conveyor;cylinder;stability features;numeric calculation

TD528.1

A

1672-5050（2012）10-0049-03

2012-05-13

張洪洲（1966—），男，河北寧晉人，大學本科，工程師，從事煤礦運輸?shù)墓芾砉ぷ鳌?/p>

樊 敏