刮板输送机链轮有限元分析及优化
刮板输送机结构分析与优化设计
刮板输送机结构分析与优化设计作者：张文治来源：《科学与财富》2017年第25期摘要：从矿用刮板输送机设计的角度出发，结合综采工作面实际工况，文从矿用刮板输送机设计的角度出发，结合综采工作面实际工况，矿用刮板输送机的主要部件进行设计，对矿用刮板输送机的设计及技术革新具有参考价值。
关键词：刮板；输送结构；分析优化引言刮板输送机是煤矿运输中的主要设备，随着煤矿产业的快速发展，对于输送机的效率、寿命及运量都有着更高的要求，煤矿井下恶劣的工作环境也要求输送机抗干扰能力更强。
刮板输送机工作时，依靠中部槽承担物料荷载，输送机的不断运动导致链条与刮板之间持续摩擦，中部槽的损耗很大。
目前普遍将中部槽的使用寿命作为刮板输送机寿命的衡量标准，因此需要保证中部槽具有足够的强度和刚度适当保护措施也能有效延长中部槽耐磨损能力。
对中部槽结构、受力进行分析计算，有助于了解其工作机理，根据其薄弱环节针对性地做出保护措施。
1 原刮板运输机的结构及缺陷原刮板输送机结构如图 1 所示，主要由输送机架、刮板链、液压马达（电机）、驱动装置、张紧装置和从动轮组成。
液压马达（电机）固定于输送机架的一侧，带动链轮转动，驱动轮位于输送机架后端，通过刮板链带动另一端的从动轮进而实现刮板链的循环运动。
由于链轮同时也作为改向轮，既承担驱动刮板链又改变刮板链运动方向的作用，并且是裸露在外部，因而物料在运输过程中很容易进入到链轮和链条啮合的空间，软的能够挤碎，而硬的石块却难以挤碎，容易出现卡料现象，形成频繁的卡链现象，影响刮板输送机正常工作。
2主要部件设计按工作需要，对矿用刮板输送机的结构有可用于左或右工作面、各部件便于在井下拆装和运输、相同型号部件的安装和联接尺寸相同、同类部件可通用互换以及便于推移装置的安装等要求。
2.1 机头传动部主要部件设计机头传动部是矿用刮板输送机的重要驱动部件，机头传动部的结构如图 2所示。
机头传动部由机头架、防爆电机、液力耦合器、减速器、链轮及其组件组成。
矿用刮板输送机链轮优化设计
矿用刮板输送机链轮优化设计摘要：目前我国所用的链轮有着承载力差以及使用寿命短的特点，并且其与别的零部件的设计水平不一致，这些现象都严重影响到了刮板输送机朝着远距离以及大功率输送方向发展的重要因素。
积极的采用相关措施来进行优化设计也是十分的有必要，以此来满足日益重型化的刮板输送机的发展需求。
鉴于此，本文就矿用刮板输送机链轮优化设计展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：矿用；刮板输送；机链轮；优化设计1.合理的建立有限元模型本文主要就是以某一型号的刮板输送机作为研究的对象，建立相关的链轮模型，如下图1。
其链轮失效的部位主要就是在链窝，而其链齿根部破坏的情况比较少。
为了有效的提升计算的效率，取模型中相邻的两个齿作为分析研究对象，建立如下图2所示的有限元模型。
为了准确的施加圆环链拉力载荷，具体可以将载荷均匀的加载下图2的半环断面上，其中的圆环链间、链轮以及圆环链之间添加一定的接触约束，然后就是链齿底面上所有节点中的自由度全部固定。
图1链轮三维模型图2链轮一链环有限元模型2.矿用刮板输送机的结构特点2.1传统辅助装置的特点电动机、连接罩、紧链装置以及减速器等作为辅助装置中的重要组成部分。
将电动机运用到刮板输送机中，其在工作的过程中可以为输送机提供动力输出。
而这其中，人们将电动机安装在输送机中开展工作时，不仅可以将单速电动机运用其中，同时还可以将双速电动机进行相应的使用，对于输送机的正常运用有着一定的影响。
而连接罩主要是一种将减速器和电动机连接到一起的一种重要装置，它以扭矩传输为支撑，上面设置了专门的检查窗、安装耳板等，人们在对输送机内部闸盘连接套进行检查和安装紧链装置时，均可以在连接罩的帮助下开展相应的工作，以促进工作质量的持续提升.2.2机头架组件的特点机头架、链轮组件以及连接架垫等作为机头架组件重要的组成部分，也会在一定程度上推动整个刮板输送机的正常运行。
而这其中，机头架作为一种整体的焊接结构，通常都是使用耐磨性能高的材料进行中板的制作的，一般都可以通过端卸形式以及交叉侧卸形式将其卸载下来。
刮板运输机优化设计分析
出短 的中间隔板来解决这个 问题 ，当有 大块的物料掉落的时候 ，掉 落 到下层 的输送链上 继续输送 。
２ 刮板运输 机机理的分析
２ ． １ 液力耦合器的工作原理 压 力耦合器安装在 电动机和减速器之 间 ，这是一种利用液体进行 工作 的设备 ，主要是 由泵轮和涡轮组成 ，为了达到更加稳定的工作效 果 ，在实际工作中 ，还增加 了前后辅助室 。 电动机 的泵轮转动的时候 ，装在泵 内的工作液也随之转动 ，两个 工作轮是在 一个封闭的环境下 ，因此 ，作 用在液 体上的离心力使得液 体进入 到通道 随后又进入涡轮 。 工作液 是循环流动的 ，在泵 内被加速 加压 后 ，将机械能转化为液 体 的动能 ，液体再将这种动能传递到涡轮 ，涡轮则进行做功 。
的作用 ，这 时候 ，外负荷 减小 ，工作液就会在离心 力的作用下进入到 工作腔 内，液力耦合器就会 自动的恢复正常的工作状态。 耦合器长 时间的过载运转 ，泵轮与涡轮之 间转速 相差很大 ，腔 内 的工作液因为摩擦工作液 内的温度就会升高 ， 当工作液变为水 的时候 ， 水的蒸汽压 力变大 ，当温度继续升高 的时候 ，腔 内就会 容易爆炸 ，工 作液就会喷出 ，涡轮停止转动 。
轨道支撑的改进是将角钢 改为圆钢，为了让有变形翅片更容易的通 选 取消固定用螺杆 ， 在圆钢的两端加工螺纹 ， 并且之间用螺母进行紧固 ； 在圆钢与轨道之间增加垫板，来加大轨道与轨道支撑之间的距离 。
１ ． ３ ． ４ 受料 口的改进 在连续 的输送大块的物料而 Biblioteka 致的故障时 ，我们可以通过 比受 口
１ 刮板 运输机
１ ． １ 刮板 运输机的介绍 刮板运输机是一种在 封闭的矩形断面机体 内 ， 依 靠刮板链条在工 作过程 中克服摩擦 阻力和 物料 自身重量 的阻力 的力量 ，来传送货物的 设备 。主要用于输送粉末状 、小 颗粒 等小体积 的物料 ，对体 积比较大 的货物 有一 定的 比例要求 ，一般不 能超过机槽宽度 的 ２ ０ ％。对于硬度 大不容易碎 的这些物料也有 一定 的要 求。 刮板运 输机在工作的运行 中 ， 可 以水平运输也可 以有 倾斜角的运 输 ，倾斜 的角度根据物料 的种 类和重量来进行调整 ，刮板 运输机还适 合用作 倾斜 向下运输货物 的。水平运 输与倾斜 向上运输也 有一定的区 别 ：水平运输 中有 上部代料 和下 部代料 的区别 。 刮板运 输机在工业 中的作用 是非常的重要 ，如果 由于 机身 自身原 因或者 外部原因造成刮板运输 机出现故 障，不 能正常 的进 行工作 ，这 时候就会造成很大 的损失 。 １ ． ２ 刮板运 输机 的结构特点 刮板运输机主要结构构成 ： 驱 动装置 、头部输送轮 、尾部从动轮、 输送链 、轨道 和壳体。在其中 ，输送链 和轨道两个部分是发 生故 障比 较多的部分 ，下面就详细的介绍一下 ： １ ． ２ ． １ 套筒式运输链 这是一种与普 通的滚子链类似 的输送链 条 ，链节之 间连接轴 上的 套简有两种功能 。 一是可 以啮合输送轮 ，二是可 以以滚动的方 式前进。 但是 由于刮板 运输 机的运行系统是高温 煤尘系统 ，所 以这种运输链 运 行的时 间会很短 ，因为有很多的煤尘 等进入 输送轮 内将其 卡死，这 时 就停止了转动 。 １ ． ２ ． ２ 刮板式链条 刮板式链 条是 由模锻链和钢板焊接 在一起的 ，链条之 间采用 的是 半不 可拆或不可拆 的结 构 ，这样就克服 了煤尘 系统的煤尘干扰 ，从 而 提高 了链条 的运行时间 ，提高了工作的运输效率 。
刮板运输机刮板链常见故障分析及解决办法
刮板运输机是煤矿综采面中常用的运输设备，刮板运输机的质量以及工作效率影响着煤矿企业的经济收益。
刮板运输机一旦出现损坏或者质量问题，需要及时修理，否则会影响整个开采线的进度，从而降低企业的效益。
为了避免这些情况的发生，应安排专人对刮板运输机进行日常的维护与检修，这样才能延长使用寿命并降低故障率。
根据调查发现，刮板运输机经常出现损耗的地方是刮板链，刮板链是刮板运输机的重要构件，也是容易故障率较高的部件。
亚兴精锻就刮板链故障原因与处理进行简要的分析。
刮板链故障及原因分析1、断链原因分析：（1）装煤过多或有体积较大的煤块压住刮板链，在超载情况下启动电动机；（2）工作面不直或不平卡住刮板，特别是工作面呈弧形的，边双链的外侧链条负荷变大，容易造成断链；（3）平均载荷和较大的动载荷反复作用，造成链条疲劳破坏，节距增长、强度降低；（4）井下腐蚀性水使链环产生锈蚀使链条断面减小，强度降低；（5）链条过紧；（6）链条质量差，链条材质和焊接加工质量不达标。
预防方法:（1）开机前调节刮板链使之不过松或过紧，装料要适当；（2）防止回空链带回料或杂物:严禁强制起动: 变形的溜槽与磨损过限的刮板链要及时更换；（3）连接环的螺栓要紧固，运转声音不正常时立即停机。
处理方法:（1）断底链般都在机头或机尾附近。
找到断链的地点后，将溜槽吊起，把卡劲的刮板拆掉，接上链条反回上槽进行处理；（2）更换连接环、联接螺栓等磨损过大和腐蚀严重的零件；（3）在试运转时，用紧链方法调节链条长度，使它在机头底链处略成弧形，刮板链的两边长度必须长短一致，严禁拧麻花。
2、飘链原因分析：（1）输送机不平、不直，出现凹槽；（2）刮板缺少或弯曲太多；（3）刮板链下面有杂物；（4）刮板链太紧，把煤挤到溜槽一边。
处理方法：发生飘链后应先停止运料，经检查刮板输送机中部凹下，应用垫木把中部垫起。
3、掉链原因分析：（1）机头安装不正，机头第二节溜板或底座不平；（2）链轮磨损超限或咬进杂物；（3）刮板太少或过度弯曲；（4）边双链的刮板链两条链松紧不一致，刮板严重歪斜。
矿用刮板输送机链轮优化设计
刮 板输送 机是煤 矿 主 要 的机 械 化运 煤 和 卸煤 设备， 因其依 靠链轮 带 动链 条 转 动 ， 所 以链 轮 的 设 计对 输送 机 的传动 性能 和 生产 效 率 有 着至 关 重 要 的作用 。链 轮 的 齿 形 设 计 不 合 理 ， 链 轮 与链 环 啮 合不 稳 定 ， 或 者产 生较 大 冲击 载荷 ， 就会 造 成 脱链 及链 轮 加速磨 损 。 目前所使 用 的链 轮 承 载 能 力 差 、 使 用 寿 命 较 短， 与其他零部件的设计水平严重不 匹配 ， 已成为 制 约刮 板输 送 机 向 大 功 率 、 长 距 离输 送 发 展 的 重 要瓶 颈 。通过 采 用新 材 料 ， 改 进链 轮 加 工工 艺 ， 一 定程 度 上改 善 了链 轮 的使 用性 能 。但 是 ， 刮 板 输 送机 运行 环境 恶 劣 ， 载 荷复 杂 多变 ， 链 轮 磨 损 是导 致故障停机的重要原因 ｊ ， 为 了提高链轮 的使用 寿命 ， 通 过对 链 轮 与链 环 的 接 触 机 理 进 行 深 入 研 究， 发现链 轮 在 运 行 时 存 在 的 缺 陷 以及 潜 在 的破 坏形 式 ， 为今 后 运 输 机 链 轮 的 设 计 和 修 复 提 供 必 要 的理 论依据 ， 并通 过 改进 链 轮 的设 计 水平 ， 以 满 足刮板输送机 日益重型化的发展需求。
３ ． １研 究 目的
借助 Ａ Ｄ Ａ Ｍ Ｓ分析 软件 ， 旨在研 究链 轮 与链 条 的啮 合 与分 离 过程 ， 并 通 过 给 链 轮 与 链 条 分 别 施 加一 定 的转 速 与拉 力 ， 尽 可 能 真 实 的 模 拟 链 轮 与 链条 的啮 合 与 分 离 过程 ， 并 通 过 软 件 自带 的 后 处 理器， 得到链轮与链条之 间以及链环之 间等效接 触 力的变 化 曲 线 ， 由此 判 断 出链 轮 与 链 条 啮 合 过 程 中存在 的 最 大 受 力 时 刻 ， 以及 链 条 与 链 轮 啮 合 时链环的载荷变化情况 ｊ 。
刮板输送机链轮轴组失效分析及改进
圈性能并不完全相同，也有一定差异，致使密封接触 面的压力变化很大，不易控制，密封环接触面很难形 成稳定油膜。为防止初期链轮组件的泄漏，不得不增 加压力，密封环磨损及 Ο 形圈老化加速造成泄漏。
至飞轮齿圈端面的间隙过大是造成故障的主要原因。
本 栏 目 编 辑 李 文 民
2 改进措施
(1) 链轮磨损的改进措施 将链轮链窝表面淬火 硬度提高到 62 HRC 左右，淬硬深度为 12～15 mm。 这样能显著提高链轮片的使用寿命。改进后的链轮片 材料为 42CrMo4，调质后有较高的疲劳强度和抗冲击 能力，韧性好，且无明显的回火脆性。 (2) 设计和加工方面 考虑到井下转载机机尾的 各种工况，加强中间筒与链轮片之间的联接刚性 (建 议采用焊接工艺)，从而满足转载机机尾链轮回转的 正常需要。提高零部件的加工精度，执行严格的检验 规范，加强对轴承浮动密封环等关键外购件的检验。 链轮组件的运输要注意保护，在装配时，应谨慎操 作，防止损伤浮动密封。
图 1 受损的气启动马达驱动小齿轮
2 故障原因分析
2.1 工作原理
当主进气口进气时，压缩空气推动活塞向外运 动，把驱动小齿轮推出与发动机飞轮齿圈相互啮合， 主进气口开始和转子进气口联通，压缩空气通过转子 进气口进入涡轮转子室，推动涡轮转子高速转动，驱 动发动机飞轮齿圈旋转，启动发动机。 主进气口和转子进气口位置如图 2 所示，在刚刚 通气 (或静止) 时，气启动马达主进气口与内部转子进 气口间有大约 7 mm 的距离，并且由活塞的密封圈隔 开，气启动马达主进气口与内部转子进气口没有直接 相通。即使有少量压缩空气通过气启动马达壳体与密 封圈之间的间隙进入涡轮转子室，涡轮转子也只能慢 速转动。只要活塞在壳体内轴向移动距离在 7 mm 之 内，进入气启动马达涡轮转子室的压缩空气流量是有 限的，不至于使涡轮转子高速旋转。随着活塞的轴 向推出，活塞密封圈在壳体内的移动距离超过 7 mm 后，主进气口开始和转子进气口部分相通，进入气启 动马达涡轮转子室的压缩空气迅速增加，涡轮转子开 始高速旋转，输出扭矩当然也相应增大。
刮板输送机链轮有限元结构分析
１ ０ ３－
科 学 之 友
Ｆ ｉ ｒ ｅ ｎ ｄ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ａ ｒ ｎ ａ ｔ ｅ ｕ ｒ ｓ
参考文献 ：
２ ０ １ ３ 年０ ９ 月
面积较 小 ， 应 力最大 ， 该点也 是在实际运行 中磨损 、 损 坏较严 重
的位置 。由于计算设定的情况是在堵链 的极端载荷 条件下 ， 最大 值点的应力值为 ８ ５ ５ Ｍ Ｐ ａ ， 该最大值小于链 轮材料本身的屈 服极 限（ ９ ３ ０ Ｍ Ｐ ａ ） 和极 限应 力（ １ ０ ８ ０ ＭＰ ａ ） ｍ ， 且其 余部分应 力值远小 于材料 的屈服极 限，链轮整体受力 比较均匀 ，应力变化 比较平 坦， 分布规律 ， 因此原设计 比较合理 。最大值部分为与链条 的接 触部分 ， 与链条周期性的接触 ， 虽受力一般要远小 于分 析时的载 荷， 但接触 次数频繁 ， 所 以可 以考虑对其进行疲劳分析 。
下 阳 受 ， 个 链 ， 力 ｊ 主 条 只 链 ， 保 要 轮 ｒ 所 Ｉ 址 主 以 啮 仃 一 简 合 啮 ・ 排 半 一 化 的 合 链 条 何 的 受 轮 环 刮 限 齿 力 体 均 板 元 及 ， 霎 受 链 模 “ ｊ ・ — ＿ ● ■ 圈 － ● — ■ 奠 ■ － — 圈 ■ ＿ Ｉ ■ 一 ＿ 。
５
ａｉ ｒ ｓ ｅ ｓ
１ 链 轮体 的 结构及 工 作载荷
该型刮板机 的链轮 三维模 型如图 ｌ 所示 ，其 中间部 分为链 轮体． ． 陔型链轮使刷 的链轮 体为分体结构 （ 如图 ２ ） 由两个分体链 轮合成一 个挚体 ， 分体式的链轮体单体体积小 、 加 Ｔ及热处理难
度较 低 。
链轮作 为刮板输送机 刮板链 的驱动装置 ，是整个刮板输送 机 的核心部件 ，对于保证 刮板输送机的正常运行起着重要 的作 链轮一旦失效会造成整台刮板输 送机停止 作 ， 整个 － ｒ 作面 停产 。 链轮位于刮板输送机 的机头和机尾部分 ，随 着中部槽槽 宽
煤矿刮板运输机的刮板故障分析及优化设计
煤矿刮板运输机的刮板故障分析及优化设计首先，我们来分析煤矿刮板运输机刮板故障的原因。
刮板故障主要有以下几个方面：1.刮板结构设计不合理。
刮板的结构设计对于其运行的稳定性和效率至关重要。
如果刮板的结构设计不合理，比如刮板与运输机的连接部件不稳固，刮板的刮板板弯曲角度不合适等，都会导致刮板故障的发生。
2.刮板板材质差。
刮板板作为刮板的重要部件，其质量直接影响到刮板的使用寿命和工作效果。
如果刮板板质量差，比如硬度不够、易断裂等，就容易在运行过程中断裂或失效。
3.刮板使用时间过长。
随着刮板的使用时间的延长，其使用性能会逐渐下降。
比如刮板板表面存在磨损、刮板接触面积减小等问题，都会导致刮板的故障。
针对以上原因，我们可以从以下几个方面对煤矿刮板运输机的刮板故障进行优化设计：1.进行刮板结构强度分析。
对刮板的连接部件进行强度计算，保证刮板与运输机的连接牢固可靠。
同时，合理设计刮板板的弯曲角度，使其能够更好地适应运输机的工作环境。
2.优化刮板板材质。
选择质量好、硬度高的材料作为刮板板，提高其抗磨损、抗断裂能力，延长使用寿命。
3.定期更换刮板。
根据刮板的使用时间和磨损情况，制定定期更换刮板的计划，确保刮板的使用状态良好。
4.加强刮板维护保养。
定期对刮板进行检查和维护，及时清理刮板表面的灰尘、煤渣等杂物，并对刮板进行润滑，保持刮板的良好运转状态。
总之，煤矿刮板运输机刮板故障分析及优化设计是一个综合问题，需要从刮板的结构设计、材质选择、更换频率、维护保养等方面综合考虑。
通过合理的优化设计和维护管理，可以降低刮板故障的发生，提高煤矿刮板运输机的工作效率和安全性。
刮板输送机的优化设计与故障分析的开题报告
刮板输送机的优化设计与故障分析的开题报告一、选题的背景和意义刮板输送机是一种重要的连续运输设备，在各种工业生产过程中广泛应用。
它的优点在于可以连续输送大量物料，可靠性高，操作方便等，因此在煤矿、化工、建筑材料等领域发挥着巨大的作用。
但是在使用过程中也存在着一些问题，比如运输效率低、故障率高等，这些问题严重制约了其发挥作用的程度，也给生产带来了一定的经济损失。
因此，对刮板输送机的优化设计与故障分析具有重要的现实意义和科学价值。
二、研究的目的和内容刮板输送机的优化设计和故障分析主要目的在于提高其运输效率和可靠性，减少故障率，降低维护成本。
具体的研究内容包括：1. 对刮板输送机的结构进行分析和优化设计，提出符合实际生产需要的设计方案；2. 探究刮板输送机的运输过程中可能出现的故障原因和故障类型，分析故障的根源，提出解决方案；3. 将优化设计和故障分析紧密结合起来，提高刮板输送机的整体性能。
三、研究的基本方法和步骤本研究将采用以下方法和步骤：1. 文献资料收集和调研。
采用文献阅读和实地考察相结合的方式收集有关刮板输送机结构、故障类型和解决方案等方面的信息，并对其进行归纳和总结；2. 结构分析和优化设计。
对刮板输送机的结构进行分析和优化设计，采用有限元分析等方法进行模拟和实验验证，提出优化设计方案；3. 故障分析和解决方案。
研究刮板输送机可能出现的故障原因和故障类型，对故障进行分类，通过对故障根源的深入分析，提出相应的解决方案；4. 实验验证。
采用实验室模拟和现场实验验证的方式，对优化设计和故障解决方案进行检验和评估；5. 结果分析和总结。
对研究结果进行分析和总结，提出下一步工作的建议。
四、预期成果本研究预期达到以下成果：1. 提出符合实际生产需要的刮板输送机结构优化设计方案；2. 对刮板输送机可能出现的故障原因和故障类型进行科学的分析和研究，提出解决方案；3. 通过实验验证，验证刮板输送机的优化设计和故障解决方案的可行性和有效性；4. 对刮板输送机的运输效率和可靠性进行提高，降低其维护成本，为实际生产提供有力的支持。
刮板输送机驱动链轮参数的正交优化设计
0 引言
驱动链轮是刮板输送机的主要传动部件，在恶 劣的工况条件下，链传动过程中链轮的表面在接触 应力长期反复作用下会引起表面疲劳破坏，加剧驱 动链轮与圆环链之间的磨损，降低链轮的使用寿命。 因此，优化驱动链轮的结构，减小传动时的接触应 力，可以延长链轮的使用寿命。
行了模拟计算；使用正交设计的方法对影响驱动链 轮力学特性的短齿厚度、齿根圆弧半径、齿形圆弧 半径、链窝弧半径这 4 个参数进行分析，确定各参数 对试验结果影响的主次以及最佳的搭配水平，为驱 动链轮的结构优化提供参考。
1 链轮与圆环链的接触分析
1. 1 模型 以 SGB420/17 刮板输送机的驱动链轮为主要研
83
链窝的侧面与底面较其他位置容易被磨损[3]，链窝的 结构如图 2 所示；链轮的结构与参数如图 3 所示。
表 1 SGB420/17 型刮板输送机技术参数
型号 SGB420/17
输送量（/ t/h） 装机功率/kW 设计长度/m
50
17
50
刮板链形式 边双链
链条规格/mm Φ14×50
链速（/ m/s） 0. 78
关键词 刮板输送机 链轮 参数 优化
Orthogonal Optimization Design of Driving Sprocket Parameter of Scraper Conveyor
Su huayang1,2 Wang Shuping1,2 Yang Zhaojian1,2 Zhang Yaocheng1,2
Abstract The wear of ring sprocket is the main factor affecting the service life of ring chain. In order to analyze the key parameters affecting the wear of ring sprocket, by using the SolidWorks，the model of driving sprocket and ring chain of scraper conveyor is built, and the multi-factor and multi-level orthogonal experi⁃ ments are designed. The stress state when the sprocket with different parameters contaccts with the ring china is analyzed by ANSYS Workbench module. According to the experimental results, the influence of sprocket param⁃ eters on the contact stress of driving sprocket and ring link is analyzed, and the optimum combination of parame⁃ ters in several tests is determined. The analysis and verification results prove the validity of the research conclu⁃ sions.
刮板输送机连接垫架的有限元分析
刮板 输送 机连 接 垫 架 的有 限元分 析
翟 小 强
（ Ｉ Ｉ Ｉ 西 阳煤 寺 家庄 煤 业 彳 『 限 贵仟 公 司 ， １ ｆ Ｉ 阿 泉 ０ ４ ５ ０ ０ ０ ）
摘
要： 刮 板 输 送机 是 煤 矿 井下 综 采 工 作 的 重 要 设 备 ， 为 了井 下 刮 板输 送 机 中传 动 装 置 的 拆 装 方便 ， 介 于 刮 板
输 送 机 机 头 架 和 减 速 器 间安 装 有联 接 垫 架 ， 连 接 垫 架 分 别 通 过 止 口定 位 螺 栓 连接 与 机 头 架 与 减 速 器连 接 、 由
于刮 板 输 送 机 的 传 动 装 置 质 量 较 大 ， 且受减速 器 、 连 接 罩 和 电机 等 结 构 的 影 响 ， 整个 传动装 置呈偏心布 置 ， 所 以 采 用 传 统 的 分 析 方 法 对 垫 架的 强 度 分析 较 为繁 琐 因此 ， 以应 用于 Ｓ ＧＺ ／ ８ Ｉ ／ ０ ／ ８ ０ ０型 刮 板 输 送 机 的 连 接 垫 架
器 问安装 有连 接垫 架 ，其通 过止 口定 位螺 栓 连接 于
－
一
图１ 连接 垫 架 连接 示 意 图
机 头架 端
、 Ｊ 、 、
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＝ ＿ ．
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定 位 止
传 装 端
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减速 器与 机头 架 由于刮板 输送 机 的传 动装 置 质量 较大 ， 且受 减 速器 、 连接 罩 和 电机 等结 构 的影 响 ， 整 个传 动装 置呈 偏心 布置 ，采用传 统 的分 析方 法 对垫 架 的强度 分 析较 为繁琐 。所 以需 要一 种便 捷 的 分析
刮板输送机刮板链故障分析与技术改进工艺探究
区域治理综合信息刮板输送机刮板链故障分析与技术改进工艺探究孙建军冀中能源股份公司东庞矿综采三队，河北 邢台 054000摘要：刮板输送机在工业中作为一项重要的生产工具，能起到关键性的作用，刮板输送机主要靠刮板链工作，一旦刮板链出现故障，会对着整个生产带来较大的影响，通过分析发生故障的种类以及故障产生的原因，提出相应的解决方法，使刮板输送机得到维护，进而改进技术措施。
关键词：刮板输送机；刮板链；故障分析；技术改进随着我国社会经济的快速发展，刮板输送成为综采方面不可代替的运输工具，因此，刮板输送机的正常运作是至关重要的，尤其是对煤矿企业的安全起着关键性作用，刮板链作为刮板输送机最重要的牵引机构，刮板链是由刮板、圆环链和接环链组成，而且，刮板输送机的损坏多数是由于刮板链的故障，从而使整个输送系统瘫痪，因此对刮板链进行故障分析与技术改进，找出故障发生的原因，使技术得到改进，这对于刮板输送机发展具有重要意义。
一、刮板链的故障分析1圆环链断裂刮板输送机工作的过程中，断圆环链断裂是刮板链出现的故障之一。
我国大部分刮板输送机所用的圆环都是按照国家标准进行生产的，从理论上讲，刮板链能够承受正常拉力，安全系数也是非常的高。
但在实际使用中，还是有断裂的情况发生，造成断裂事故的原因大致有以下几条：刮板链在生产的过程中没有达到应有的标准，材料的热处理加工较差；刮板输送机的长时间使用，需要长期受交变载荷，容易产生疲劳损坏，容易在圆弧以及直线的连接处发生断裂；还有就是刮板链的使用中，在井下易造成腐蚀，随着腐蚀的增加，链条的强度性能逐渐下降，使刮板链发生断裂；另外一种情况是两条链条松紧度不同，导致承受的负荷不同，当负荷超过极限时，链条会发生断裂[1]。
2刮板链在溜槽中脱出刮板输送机在工作过程中，最常见的故障就是刮板链在溜槽中脱出，通过分析研究，刮板输送机中的刮板链在溜槽脱出的原因主要为：刮板输送机中的刮板与溜槽发生严重的磨损，导致溜槽与刮板之间的缝隙较大；刮板输送机在铺设中，铺设的要求达不到标准，容易使刮板严重弯曲；刮板链的链子长度不同，容易造成受力不均匀；在刮板输送机工作过程中，刮板链的舒张力不足，非常容易使刮板链从溜槽中脱出。
煤矿刮板输送机驱动链轮的静力学分析及优化
煤矿刮板输送机驱动链轮的静力学分析及优化摘要：矿用刮板输送机是一种常见的用于矿山和建筑工地等场合的物料输送设备。
它通过刮板将物料从起点输送到终点，并在输送过程中完成清理作业。
驱动链轮作为刮板输送机的核心部件之一，承担着传递动力和推动刮板运行的重要任务。
因此，对驱动链轮进行静力学分析及优化是提高刮板输送机性能和延长使用寿命的关键。
下文即是对矿用刮板输送机驱动链轮的静力学分析及优化分析。
关键词：矿用刮板输送机；驱动链轮；静力学分析及优化1驱动链轮的结构和工作原理驱动链轮是矿用刮板输送机中的关键组件，它通过传递动力给刮板链，实现刮板链的运动。
驱动链轮通常由一个或多个齿轮组成，其结构主要包括齿轮、轴承、轴几个部分。
驱动链轮上有齿，这些齿与刮板链的链接部分相互咬合，使得链轮能够传递动力给刮板链。
齿轮的形状和尺寸是根据刮板链的规格和要求来设计的。
驱动链轮通常安装在轴上，并通过轴承支撑和固定。
轴承使得链轮能够顺畅地旋转，并承受作用在链轮上的力。
驱动链轮通过轴连接到电机或其他驱动装置上，以接收动力并传递给刮板链。
轴的材料和尺寸需要具备足够的强度和刚性，以承受刮板链的拉力和工作负荷。
驱动链轮的工作原理基于齿轮传动的原理，驱动链轮通常由电机或其他驱动装置提供动力输入。
电机通过轴将动力传递给驱动链轮，使其开始旋转。
驱动链轮上的齿与刮板链的链接部分相互咬合。
当驱动链轮旋转时，齿与链条的链接部分会被牵引，从而使整个刮板链开始运动。
驱动链轮的旋转将动力传递给刮板链，推动刮板链沿着输送机架上的轨道移动。
这样，物料可以从进料口输送至出料口。
根据需要，驱动链轮的旋转速度和方向可以通过调节电机的速度和转向来进行调节。
这样可以实现对输送机的速度和方向的控制。
2静力学分析及优化链轮设计的重要性2.1驱动链轮的静力学分析驱动链轮是矿用刮板输送机中的关键部件之一，负责传递动力和驱动链条运转。
在静力学分析中，我们需要对驱动链轮的结构和工作原理进行描述，以便更好地理解其受力情况。
刮板输送机链轮的参数化设计分析
刮板输送机链轮的参数化设计分析首先，刮板输送机链轮的参数化设计需要考虑输送机的设计工作条件。
这包括输送机的输送能力、输送速度、输送距离等参数。
根据具体的设计要求，可以确定链轮的尺寸、齿数、模数等关键参数。
其次，刮板输送机链轮的参数化设计需要考虑链轮与链条的匹配关系。
链轮的齿数应与链条的销数相匹配，以确保链条与链轮之间的配合良好，减少链轮与链条之间的磨损和噪音。
刮板输送机链轮的参数化设计还需要考虑链轮的材料选择。
由于刮板输送机在工作过程中需要承受较大的冲击载荷和摩擦力，链轮的材料需要具备较高的强度和耐磨性。
常用的链轮材料有碳钢、合金钢、不锈钢等，根据具体的工作条件选择合适的材料。
刮板输送机链轮的参数化设计还需要考虑链轮的结构设计。
链轮的结构设计包括齿轮的轮毂和齿环的设计。
轮毂的设计需要考虑轴向和径向的承载能力，以确保链轮在工作过程中不会发生变形或断裂。
齿环的设计需要考虑齿向的强度和硬度，以保证链轮与链条之间的传动可靠性。
此外，刮板输送机链轮的参数化设计还需要考虑链轮与驱动系统的匹配问题。
驱动系统的动力性能和转矩输出需要与链轮的承载能力相匹配，以保证刮板输送机的正常运行。
根据驱动系统的参数要求，可以确定链轮的模数、齿数、齿轮面宽等关键参数。
综上所述，刮板输送机链轮的参数化设计对于提高刮板输送机的运行效率、减少故障率具有重要意义。
通过合理的设计链轮的尺寸、材料、齿数等参数，可以使链轮与链条之间的配合良好，减少磨损和噪音，提高刮板输送机的稳定性和可靠性。
保证链轮与驱动系统之间的匹配，可以确保刮板输送机的正常运行，提高输送效率。
因此，在进行刮板输送机链轮的参数化设计时，需要综合考虑各种因素，以满足具体的工程要求。
刮板输送机断链原因分析及链轮结构的优化设计
ＤＯＩ：１０．１６５２５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ１４－１１３４／ｔｈ．２０１９．０２．００４总第１９０期２０１９年第２期机械管理开发ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＡＮＤＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＴｏｔａｌ１９０Ｎｏ．２，２０１９引言因煤矿井下工作环境复杂，刮板输送机的传动系统在长期负重工作时极易发生故障，轻者导致刮板输送机运行效率降低，影响煤矿井下的综采作业速度，严重者甚至造成人员伤亡事故。
据统计，在煤矿井下刮板输送机的事故中，链传动系统的链环断裂、链轮破损事故占到了链传动事故的６０％以上［１］，给煤矿生产企业的正常生产造成了极大的影响，因此迫切需要对链传动系统的断链原因进行分析并针对性的制定结构优化措施，降低链传动系统发生故障的概率，提升煤矿井下的综采作业效率。
1断链原因分析刮板输送机的链传动系统在工作时发生链条断裂事故的原因主要包括内力因素以及外力因素。
１．１内力因素１）链环的材质及制造工艺不能满足相关要求导致链环在运行过程中发生塑性变形或者脆性断裂；２）煤矿井下工作条件恶劣、湿度大，导致链环、链轮发生腐蚀、生锈等，降低了链环的结构强度；３）链环与链轮长期啮合过程中发生磨损、疲劳断裂等。
链轮与链环工作时，因链环在载荷作用下发生形变导致其与链轮在啮合时的接触区域变小，且位置在链窝区的边缘处，结构强度较弱，长期运行导致了疲劳破坏。
１．２外力因素１）刮板输送机启动负荷大导致的链环断裂，在高负荷情况下，刮板输送机属于重载启动工况，启动时的动张力过大，易导致链环断裂；２）卡链造成的刮板输送机链环断裂。
煤矿井下地质环境复杂，刮板输送机在工作时一旦发生煤矸石等异物卡阻，将导致链传动系统发生极大的应力冲击，导致链环断裂、链轮压溃。
经对某矿多年来链传动系统发生断链、链轮破损事故的统计，因链环与链轮长期啮合过程中发生磨损、疲劳断裂原因导致的事故占到了总事故的８０％以上，因此本文重点对该现象进行分析。
2链轮与链环啮合仿真模型的建立及分析本文以某型刮板输送机为研究对象，根据其链传动系统的结构特征，利用Ｃｒｅｏ三维建模软件建立刮板输送机链传动系统啮合的三维模型。
刮板输送机链传动系统的优化
引言大型综采设备在工作面的应用大大提升了综采工作面的自动化程度和生产效率。
为了与综采工作面的生产效率和生产能力相匹配，对工作面的所有设备的可靠性和稳定性提出了更高的要求和挑战[1]。
其中，刮板输送机作为工作面的关键综采设备，其可靠性和稳定性要能够与综采工作面的生产效率相适应。
经实践表明，刮板输送机长期工作于相对恶劣的环境中，所承受的载荷相对复杂，导致刮板输送机发生故障的频率较高。
经统计表明，刮板输送机链轮的磨损情况最为严重[2]。
链轮作为刮板输送机的核心传动部件，其性能对刮板输送机的可靠性影响较大。
因此，应对刮板输送机链轮出现故障的原因进行分析，并对其故障进行改进以达到提升链轮的性能，进而提升整个刮板输送机的可靠性和稳定性。
1刮板输送机故障分析1）在交变载荷长期的作用下，刮板输送机出现疲劳破坏的现象；2）由于综采工作面的环境相对恶劣，存在具有腐蚀性的气体和液体，加剧了刮板输送机链条和链轮的腐蚀，使其强度降低；3）刮板输送机链条的紧链力过大，加速了链轮的磨损，进而降低了设备的使用寿命；综上所述，上述影响原因均会降低刮板输送机的强度，加剧了对设备的磨损，进而造成断链事故的发生[3]。
经分析，造成刮板输送机断链事故包括有内在和外在两方面的原因。
内在原因主要包括有：链轮在制造中所采用的材质及制造工艺无法保证链轮达到其应有的强度要求；刮板输送机所运行工作面的环境相对恶劣，间接降低了链轮的强度；链轮与链条的长期啮合过程造成二者的啮合时的接触区域变小，结构强度降低。
外在原因主要包括有：刮板输送机经常出现重载启动的情况，其动张力过大导致链环断裂；工作面煤矸石卡在刮板输送机中，产生较大的应力冲击，使链轮被压溃。
2链轮结构优化思路分析为确定链轮结构优化的主要方向，采用ANSYS 软件对链轮和链环之间的接触应力进行仿真计算，得出链轮与链环相啮合工作时的薄弱点。
针对该薄弱点提出链轮结构优化的方案。
经分析，链轮材质可能为强度不够的主要因素。
SGZ630刮板运输机链轮的有限元分析
还要有齿沟端面倒角，其作用是使物料易于从齿槽内排出，避免造成跳链
［ 2］。
链轮第一套方案采用 35CrMo 锻打件，用线切割加工齿形和内花键，
保证各部精度等级，粗糙度达到 Ra6．3。齿面调质后淬火处理，硬度为 HRC45～50，其链轮精度及综合机械性能基本满足设计要求，但由于在煤
炭机械的设计上要尽量满足较长的使用寿命要求。因此增加第二套方案
分步处理，该过程工序复杂，占地面积较大、投资、运行费用也较高，且对 COD、色度等指标处理效果较差。总之，焦化废水污染严重，是工业废水排 放中一个突出的环境问题［2、3］。
超临界水氧化 （Supercritical Water Oxidation，SCWO）技术是 20 世纪 80 年代中期美国学者 M．Modell 提出的一种能彻底破坏有机污染物结构的 新型氧化技术，是超临界流体（SuperedticalFluid，SCF）技术中一项较新的
段计算刮板输送机重载时运行阻力。该种工况下运行阻力为：
4 结论
Wzh ＝（qw ＋ q1w1）Lgcosβ－（q ＋ q1）Lgsin β 式中：
采用有限元分析方法，可以借助于计算机仿真代替昂贵的现场测试， 与传统机械产品的设计方法相比，不仅可以降低成本，简化设计流程，而
q—单位长度上的装煤量，kg ／m；
3．1 定义载荷和及约束
链轮作为一个主要承载件和一个易损件必须要满足工作强度要求才行，
根据上面的公式，计算出了链轮承受刮板链传递的压力为 35．21kN，
因此鉴于链轮工作特殊性及其对刮板运输机的重要性，提高其设计可靠 利用积分法精确计算出刮板运输机链轮承载部位所受到的压力，然后对
性是非常必要的。但是，如果通过成品试制来对其进行工业试验成本会大 链轮内侧进行相应的固定约束。
刮板输送机驱动链轮的参数化及其优化(精)
煤矿机械Coal Mine Machinery Vol.30No.12 Dec.2009第30卷第12期2009年12月设有安全保护阀,可保证整个液压系统在额定压力内工作。
4承载能力分析本悬臂式井下有轨运输车复轨器具有结构简单,移动方便,能在井下巷道狭小空间作业等优点。
但是由于其举升装置采用悬臂式,所以需要对其复轨时的承载受力进行分析,以确保安全性。
本复轨器主要目的是复轨总重5t以下的运输车,承载5t以上即可。
以最大承载10t进行计算,假设受力均匀,其在作业状态下受力如图6所示。
图6复轨器作业时的受力状态将该受力进行简化,复轨器受弯矩M e、承载力F1、及举升力F2的作用,如图7所示。
图7简化复轨器受力图经计算M e=23.52kNm,承载力F1=98kN,举升力F2=98kN。
经校核(略,满足强度要求。
5结语本设计克服了煤炭企业有轨运输车复轨工作点高度等诸多问题,体积小、轻便、使用方便;针对现有复轨器的优缺点,克服了井下脱轨运输车在复轨过程中发生倾斜导致货物侧翻等二次事故或横移中受到最大阻碍而导致的板缸分离和倒覆事故。
对提高煤炭企业生产效率和生产安全有重要意义。
参考文献:[1]李守祥.矿用重型平板车的结构设计[J].甘肃科技,2007,23(3:135.[2]邓华亮,王立民.便携式起道器的研制[J].煤矿开采,1998(4:43-44.[3]郑德海.掉道矿车复轨器[J].煤炭科学技术,1997,25(4:50.[4]黄继雄,李霞.新型轨道车复轨器的研制及有限元分析[J].机械工程与自动化,2007(3:9-11.[5]何国刚,李霞.新型轨道车复轨器的研制[J].机械研究与应用,2007,20(3:51-53.[6]吴振邦,王晋刚,张建明.研制新型救援装备适应我国铁路发展要求[J].京铁科技通讯,2003(3:10-12.作者简介:蒋一斌(1987-,江苏苏州人,中国矿业大学机电工程学院本科生,机电工程与自动化专业,参与了本井下有轨运输车复轨器的开发研究顶目,电子信箱:xuyibinaix@.收稿日期:2009-08-0335050250F1F2250 5050M eF2F1刮板输送机驱动链轮的参数化及其优化李晓齐1,毛君1,赵勇2,杨刚雷2(1.辽宁工程技术大学,辽宁阜新123000; 2.中煤张家口煤矿机械有限责任公司,河北张家口075000摘要:对刮板输送机驱动链轮外形及其相关尺寸进行设计计算,利用Pro/E的二次开发工具Program建立了三维参数化模型,以尺寸间相互的数学关系进行零件尺寸驱动,实现不同尺寸和齿数的链轮自动生成,并利用行为建模(BMX功能对关键部位进行灵敏度分析和可行性分析,使模型尺寸优化,大大提高了准确性,缩短了开发周期。
基于ANSYS的刮板输送机圆环链的有限元分析
根据模型的实际情况， 在保证计算精度的前提下， 尽量采用 较少的单元[3]。选择实体单元 solid45 网格单元进行自由网格划分。 相关的参数为： 弹性模量 E=210GPa， 泊松比 μ=0.3， 密度 ρ= （7.8× 10-9 ） t/mm3。
4 载荷及约束条件
根据刮板输送机的实际工作情况对链轮、 链条进行加载， 链 条的速度为 1 m/s 左右， 两种工况条件下对圆环链的加载情况由 分析链环间的作用力时， 圆环链只在运行的方 其强度等级而定[4]。 向上有位移， 其他方向的位移均为零； 分析链环与链轮间的作用 为了保证链轮和链环的同步运转， 需将链轮于链环运动时的接触 部位进行周向的位移耦合。
图 6 第二种工况条件下的 链环应力分布云图
5.2 结果分析
在第 1 种工况条件下， 链环间的相互作用的应力情况， 如图 5 所示。两链环的最大应力集中在相互接触的部位， 最大应力值 为 287MPa。 第 2 种工况条件下， 两链环的最大应力同样集中在相 互接触的部位， 最大应力值为 500MPa。有所不同的是， 由于链环 在机头部位工作时受到来至驱动链轮推动力挤压， 因此在圆环链 并且该链环在牵 的圆弧与直边的过渡处内侧会产生较大的应力。 引下一个链环运动时， 其上表面会和下一个链环相互挤压， 其下 表面会和与其相啮合的链轮相互摩擦， 因此在圆环链的圆弧的上 下表面也会产生较大的应力， 如图 6 所示。 由此可见， 圆环链在机 头部位工作时的应力比在溜槽部位的大约 200MPa。
5 结论
最大轴向位移 mm
第6期
闵希春等： 基于 ANSYS 的刮板输送机圆环链的有限元分析
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状态是企业和理论研究者共同关注的问题。 利用 Pro/E 软件对结构较为复杂的链轮进行实体建模， 将其 导入 ANSYS 建立有限元模型。然后， 运用 ANSYS 软件分别对 准34×126 矿用圆环链的两种工作状态下的应力进行有限元计算， 求出其应力分布的规律。为下一步优化圆环链尺寸， 改善其受力 状况提供了重要依据。
刮板输送机常见故障和事故原因分析及对策
编号：SM-ZD-20260刮板输送机常见故障和事故原因分析及对策Organize enterprise safety management planning, guidance, inspection and decision-making, ensure the safety status, and unify the overall plan objectives编制：____________________审核：____________________时间：____________________本文档下载后可任意修改刮板输送机常见故障和事故原因分析及对策简介：该安全管理资料适用于安全管理工作中组织实施企业安全管理规划、指导、检查和决策等事项，保证生产中的人、物、环境因素处于最佳安全状态，从而使整体计划目标统一，行动协调，过程有条不紊。
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刮板输送机是目前国内外缓倾斜长壁式采煤工作面唯一的煤炭运输设备。
刮板输送机所以能在采煤工作面中得到广泛应用，是由于它和其它输送机相比具有下述优点：运输能力不受货载的块度和湿度的影响；机身高度小，便于装载；机身伸长或缩短方便；移置容易；机体坚固，能用于爆破装煤的工作面，也能与采煤机和自移式液压支架组成综采工作面。
因此，刮板输送机是采煤设备中不可分割的一部分，它能否正常运转，将直接影响工作面的正常生产。
一、常见故障及原因分析1．电机故障及原因分析1）电机起动不起来或起动之后又立即缓慢停下来原因分析：负荷太大；运行部件有严重卡阻；采煤工作面不直，凸凹严重；供电电压太低；变压器容量不足，启动电压降太大；开关工作不正常；机头、机尾电动机间的延时太长，造成单机拖动；电动机本身的故障。
2）电机发热原因分析：电机风扇吸入口和散热片不清洁，电机散热状况不好；超负荷运转时间太长；轴承缺油或损坏；电动机输出轴连接不同心，或地脚螺栓松动、振动大、机头不稳；启动过于频繁，启动电流大，熔丝（片）选用过大，电动机长时间在启动电流下工作。
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2 建立有限元模型
应用 ANSYS 软件建立链轮、链条的三维模型如图 1 所示， 建模时适当的忽略了模型的倒角及圆角。由于结构的对称性， 取 链轮模型的七分之一进行分析。相关参数为： 弹性模量 E=210GPa，
＊来稿日期： 2010-05-29
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
如图 6 所示， 随着迭代次数的增加， 等效应力呈现出先减小 后增加的趋势， 在第 5 ห้องสมุดไป่ตู้迭代时达到最小值。等效应力的最小值
图 3 链轮的应力分布云图 图 4 链条的应力分布云图
为 429.89MPa， 比优化前减小了 402.42MPa。并且在第 5 次迭代 时轮齿的基本尺寸比优化前要小， 即在一定程度上链轮的体积也 有所减少了。
参考文献
1 陈世平.空间相机设计与试验 ［M］ .北京： 中国宇航出版社， 2003 2 邹青， 呼咏， 王继新等.FY-3 卫星微波湿度计天线与接收机单元的谐响 应分析 ［J］ .吉林大学学报 （理学版 ） ， 2005， 43 （4 ） ： 485～488 3 胡志强， 法庆衍， 洪宝林等.随机振动试验应用技术 ［M］ .北京： 中国计量 出版社， 1996 4 李季， 郭晓海， 于方.使用有限元分析软件 ANSYS 进行星载计算机机箱 的振动响应分析 ［J］ .控制工程， 2005， （5 ） ： 122～128 ［M］ .长春： 吉林科学技术出版社， 2000 5 张义民.机械振动力学
900 800 SMAXE/MPa
由图可知，链轮上应力最大的部位是与链环直接接触的轮 齿部位， 其它部位的应力相对来说极小， 并且轮齿的应力比链环 大很多。所以轮齿附近的应力状况显得十分重要， 需要对其进行 尺寸优化， 改善其受力状况。
5 优化设计
5.1 目标函数及设计变量的确定
从有限元的分析结果可知，最大应力发生在链轮的轮齿部 位， 从提高链轮的强度角度考虑， 将轮齿的等效应力值作为目标 函数， 轮齿的基本尺寸作为设计变量。 尺寸如图 5 所示， b1=201.8、 b2=255.6、 b3=267、 b4=300.5、 l1=58、 l2=47、 l3=24.5、 l4=0、 l5=26、 h1=85、 h2=50。为了节省计算时间， 选取轮齿的一半进行优化计算。
第3期 2011 年 3 月
文章编号： 1001-3997 （2011 ） 03-0021-02
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
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刮板输送机链轮有限元分析及优化
闵希春 1 杨广衍 1 周 丽 2 张春阳 2 （1 东北大学 机械工程及自动化学院， 沈阳 110819 ） （2 沈阳理工大学 机械工程学院， 沈阳 110168 ）
并以其重要部位的最大等效应力值为目标函数对结构尺寸进行优化， 降低了链轮的工作强度， 从而延 长使用寿命。 关键词： 刮板输送机； 链轮； 链条； 结构优化设计； ANSYS 【Abstract】Using finite element method to analyze the stress state of sprocket and chains and identify the flimsy parts.Then， optimize the dimensions of sprocket by taking the maximum stress value for objective function.Reduce the intensity of work and extend the service life. Key words： Scraper conveyor； Sprocket； Chains； Finite element method； ANSYS 中图分类号： TH16 文献标识码： A
* * * * * * * * * * * * * T ∈
∈ ∈ ∈ ∈ ∈ ∈ ∈ ∈ ∈ ∈ ∈ ∈
参考文献
1 王志亮．采煤刮板输送机的铲板槽帮拓扑分析 ［D］ ： ［硕士学位论文］ .天 津： 河北工业大学， 2005 （1 ） 2 谢锡纯， 李晓豁．矿山机械与设备 ［M］ ．北京： 中国矿业大学出版社， 2000 3 段进， 倪栋， 王国业．ANSYS10.0 结构分析从入门到精通 ［M］ ．北京： 兵器 工业出版社， 2006 4 张发琼， 林华， 赵灿．矿用高强度扁平接链环结构参数的有限元优化设计 ［J］ ．煤矿机械， 2003 （11 ） ： 6 5 Yu-Chun Hsu， Yih-Wen Gung， Shih-Liang Shih． Using an Optimization Approach to Design an Insole for Lowering Plantar Fascia Stress—A Finite Element Study．Annals of Biomedical Engineering．2008， 36： 1348 6 张亚欧．ANSYS7.0 有限元分析实用教程 ［M］ ．北京： 清华大学出版社， 2004
1 引言
刮板输送机是煤炭运输的主要设备，在很大程度上决定了 采煤工作面的生产能力和效率[1]。 由于工作环境恶劣、 载荷情况复 杂， 在实际工作中链轮的磨损情况非常严重。链轮的磨损破坏常 常会影响到煤炭的正常生产， 因此改善链轮的受力状况成为现阶 段急需的问题。 通过运用 ANSYS 软件对链轮、 链条进行实体建模和应力分 析， 对链轮上的重要部位进行尺寸优化， 提高其结构的合理性， 从 而改善链轮的受力状况， 为减少刮板输送机事故率， 提高煤矿机 械制造业和煤矿生产企业的经济效益的提供了有效途径。
图 5 链轮的优化设计变量
5.2 约束条件的建立
设计变量的设置，如图 6 所示。变化范围为 199<b1<203、 253<b2<257、 265<b3<269、 298<b4<302、 83<h1<87、 45<h2<59、 56<l1< 60、 45<l2<59、 22<l3<26、 l4=0、 24<l5<28。要在尺寸限定的范围内求 出链轮等效应力的最小值。 最终优化的数学模型可表示为式 （1 ） ， 其中， f （X ） 表示链轮的等效应力。 求一组设计变量： X = b1 ， b2 ， b3 ， b4 ， h1 ， h2 ， l1 ， l2 ， l3 ， l4 ， l5 满足约束条件： Xmin 燮Xu 燮Xmax ， u=1， 2， …， 11 求函数极小： minf（X ） =f X
泊松比 μ=0.3， 密度 ρ=7.8×10-9 t/mm3。考虑到链轮、 链条的模型较 为复杂， 选择实体单元 solid45 网格单元进行自由网格划分， 有限 元模型， 如图 2 所示。
图 1 链轮链条三维模型
图 2 有限元模型
3 载荷及约束条件
根据刮板输送机的实际工作情况对链轮进行加载，链轮的 转速为 1 rad/s 左右， 链条的受力情况由其强度等级而定[2]。 链轮在 径向和轴向的位移均为零， 只在周向有位移。为了保证链轮和链 环的同步运转， 需将链轮于链环运动时的接触部位进行周向的位 移耦合。
h1=85 h2=50
（2 ） 由优化结果可知， 链轮轮齿的高度、 宽度和厚度尺寸在 一定范围内的减小， 可以使其等效应力值减小， 从而达到改善链 轮受力状况的目的。 （3 ） 通过对轮齿尺寸的优化计算， 使链轮的最大等效应力达 到最小值， 同时链轮的体积也有所减少。不仅达到了延长链轮的 使用寿命目的， 而且节省了材料， 为链轮的合理设计提供给了重 要的依据。 （4 ） 由此可知， 将 ANSYS 软件应用于零件的尺寸优化， 可以 解决生产中的实际问题， 为零件的合理设计提供重要依据， 对于 提高工厂的经济效益有重要作用。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 b1 201.80 202.00202.01202.00202.00201.99 201.98 201.97 201.72 201.71 201.70 b2 255.60 255.20255.19255.13255.13255.13 255.10 255.07 255.19 255.18 255.17 b3 267.00 266.37266.35266.29266.28266.28 266.23 266.21 266.15 266.13 266.12 b4 300.50 299.97299.95299.90299.89299.89 299.86 299.85 299.21 299.19 299.18 h1 85.000 84.63984.61584.60284.60384.603 84.589 84.579 83.722 83.716 83.708 h2 50.000 49.35249.33349.32249.32149.319 49.302 49.303 48.000 48.000 48.000 l1 58.000 57.69457.67257.63757.63457.625 57.606 57.581 57.424 57.417 57.407 l2 47.000 46.48346.46746.43846.43746.431 46.406 46.393 46.270 46.264 46.254 l3 24.200 23.45223.42123.35923.35523.353 23.333 23.319 22.397 22.303 22.276 l5 26.000 25.52725.51125.48125.47625.464 25.404 25.392 25.206 25.191 25.164 SMAXE 837.31 513.48478.53491.31428.89523.76 444.15 646.40 515.16 458.64 483.63
图 4 表 2 条件下监测点 A 的Y 向位移响应