帶式輸送機斷帶保護裝置摩擦塊的優化設計

2015-12-13 05:09:02劉賢鎖郭育東

機械管理開發 2015年10期

劉賢鎖，郭育東

（1.霍州煤電集團鑫鉅煤機裝備制造有限責任公司，山西臨汾 031499；2.太原理工大學機械工程學院，山西太原 030024）

引言

帶式輸送機因其輸送力大，結構簡單，制造費用低，以及維護方便等特點而被廣泛應用。在運輸過程中，由于皮帶的長時間高負荷運轉，使皮帶斷裂，可能造成皮帶機機架摧毀、設備毀壞、巷道堵塞等重大事故。因此實施斷帶保護是非常必要的［1－2］。本文設計了一種新型液壓驅動式斷帶保護裝置，該裝置在皮帶上側設置液壓驅動的活動摩擦塊（楔塊狀），下側設固定摩擦塊，一旦發生斷帶，液壓裝置驅使活動摩擦塊和固定摩擦塊產生夾緊力阻止皮帶下滑。通過Adams對斷帶保護裝進行動力學分析，分析結果為樣機的生產提供了可靠的依據。

1 斷帶保護裝置工作原理

整套斷帶保護系統由信號檢測裝置、清煤裝置、電氣控制裝置、斷帶抓捕裝置、液壓站組成。信號檢測裝置對皮帶的張緊力和托輥轉向實時監控，一旦發生斷帶即將信號傳送至電氣控制裝置，電氣控制裝置通過PLC控制系統，驅使液壓油缸推動滑動摩擦塊和固定摩擦塊相互夾緊，以達到夾住皮帶的目的。

2 摩擦塊的優化設計

圖1 斷帶保護裝置

摩擦塊是斷帶保護裝置的核心部件，它的設計優劣直接關系到保護裝置的性能。因此有必要對摩擦塊的結構采用ANSYS Workbench模塊進行優化設計。

2.1 摩擦塊的優化設計

2.1.1 問題描述

設計摩擦塊截面如下頁圖2 所示，利用參數優化確定在滿足強度的前提下，質量最輕情況下的優化尺寸。優化的輸出參數為摩擦塊的質量（Mass）、等效應力（Equivalent Stress）及整體變形（Total Deformation）。

2.1.2 參數化建模

以圖2截面建模，摩擦塊拉伸長度1 000mm為定值。建立參數變量，變量名必須以DS＿開頭。

2.1.3 進行結構分析

圖2 優化橫截面圖（mm）

1）設定分析類型。打開Project page，拖動Static Structural到項目窗口，建立Static Structural系統。

2）導入幾何模型，右擊Geometry子模塊，Import Geometry，導入模型。

3）打開分析界面，設材料。劃分網格，施加約束，施加載荷，插入結果，求解，查看結果。如圖3所示，等效應力的最大值為16.24 MPa，小于材料的許用應力（113 MPa），可以進行進一步優化，圖4為摩擦塊變形圖。

圖3 應力圖

圖4 變形圖

2.1.4 選擇優化三要素

1）選擇設計變量，在模型中選上DS＿2 摩擦塊的長、DS＿1摩擦塊的高。

2）選擇目標函數，在設計樹中選擇模型，在模型的Properties中選擇Mass。

3）提取約束條件，在Solution中，選擇等效應力，在屬性對話框中選Maximum。

2.1.5 進行參數優化

進入Design Exploration，首先定義設計變量的上、下限（摩擦塊長在360～440mm 之間，摩擦塊高在180～220mm 之間），計算多個設計點。然后定義約束條件和目標函數，選擇優化方法、設定搜索步長來尋求最優解。最后更新優化設計，如圖5優化結果。圖6、圖7、圖8為各取值尺寸對應的應力、變形、質量。