側裝煤車鏈傳動的結構動力學分析

劉冬野

（太原重工股份有限公司技術中心， 山西 太原 030024）

引言

搗固側裝煤車要求煤餅具有良好的穩定性，即煤餅不倒塌或是不能出現局部缺角倒塌現象。裝煤工作主要是由牽引鏈條拖動煤槽底板帶動煤餅移動完成。由于鏈條自身的重力、鏈條間隙、驅動及張緊布置形式以及鏈條的多邊效應，會出現蠕動、抖動和振動現象。

1 裝煤鏈傳動結構動力學分析的技術路線

2 工況分析

2.1 裝煤輸送鏈的多邊形效應

輸送鏈條與鏈輪嚙合在一起，鏈條中心線形成多邊形，與鏈輪分度圓在運動中交替地呈相切和相割，鏈節在運動中，作忽上忽下、忽快忽慢的周期速度變化。輸送鏈的這一運動學特性稱之為多邊形效應。

圖1 輸送鏈原理圖

2.2 多邊形效應的特點

圖1 為輸送鏈原理圖，鏈的速度完全取決于圖中B點的速度，而鉸點B的速度即為主動輪的圓周速度：

鏈的水平前進速度：

鏈的垂直速度：

式中：V1為A點的圓周速度；β為鏈節進入嚙合后，鉸鏈中心和鏈輪中心連線與鏈輪中心到鏈條鉛垂線的夾角；R1主動輪分度圓半徑。

當β=±φ/2時，水平鏈速最小Vx=Vxmin=R1ω1cos（π/Z1）當 β=0 時，水平鏈速最大 Vx=Vxmax=R1ω1。

由上式可見，每轉過一個鏈節，鏈速都要周期性變化一次，所以說，瞬時鏈速是變化的。這就造成鏈傳動速度的不均勻。

鏈條線速度變化可用鏈速不均勻系數k（或稱不平穩系數）來表示：

式中：Vxmax為最大鏈速；Vxmin為最小鏈速；Vxm平均鏈速。

由鏈速不均勻系數k的計算可知，采用節距較小的鏈條，鏈輪的多邊形效應產生的鏈速瞬時變化較小，對鏈傳動穩定性比較有利。

3 實體建模

利用Solidworks進行裝煤輸送鏈三維實體建模，并且進行虛擬裝配，如下頁圖2所示。

4 動力學仿真

1）將三維模型導入動力學軟件MSC_ADAMS進行仿真分析。設置模型的單位、重力、約束等。將電機驅動選為速度驅動Velocity。

圖2 輸送鏈裝配圖

2）動力學仿真運動中，鏈條和鏈輪進入嚙合狀態如圖3所示。在74 s附近，曲線出現拐點，斜率發生較大變化，接觸力逐漸減小。此時接觸力不受負載影響，松邊鏈條受到重力后產生的拉緊力對其影響較大。

圖3 鏈節與主動鏈輪的接觸力大小與時間變化曲線

5 鏈傳動穩定性分析

5.1 輸送鏈啟動加速度對穩定性的影響

根據圖4，把鏈節隨時間與速度的變化曲線匯總到表1可以看出，當加速度減小時可提高輸送鏈運行平穩性。

圖4 鏈節隨時間變化X方向的速度變化

5.2 主動鏈輪角速度對穩定性的影響

根據圖5，把鏈輪角速度與鏈條速度的變化曲線匯總到表2可以看出，當角速度減小時可提高輸送鏈運行平穩性。

表1 不同啟動時間對速度波動的影響

圖5 鏈輪角速度與鏈節速度波動

表2 主動鏈輪角速度對鏈節速度波動的影響

6 結語

對于側裝煤車來說，裝煤機構的鏈傳動機構是重中之重。通過上述分析，得出提高鏈傳動穩定性的四個改進方向：采用節距相對較小的鏈條和鏈輪、減小鏈傳動啟動加速度、選取較低的主動鏈輪的角速度、應選用齒數較多的鏈輪。