礦用帶式輸送機驅動輪滾筒的穩定性特征分析

張洪洲

（西山煤電股份有限公司 馬蘭礦，山西 古交 030205）

礦用帶式輸送機驅動輪滾筒的穩定性特征分析

張洪洲

（西山煤電股份有限公司 馬蘭礦，山西 古交 030205）

以國內某礦大巷帶式輸送機驅動輪為工程實際，利用理論分析和數值模擬結合手段，分析驅動輪工作時皮帶和筒壁的變形及應力特征，模擬驅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；筒壁的徑向應力集中在筒壁和輻板的連接處，最大值出現在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化設計提供依據。

礦用帶式輸送機；滾筒；穩定性特征；數值計算

我國煤礦生產中，帶式輸送機廣泛用于采區的上下山、運輸大巷、地面運輸等場所[1-3]，較為方便、快捷。它可根據礦井儲量，巷道長度、寬度、坡度等量身訂做，并有輸送距離長、連續運輸、運輸量大、布置靈活等優點。但是由于礦用環境惡劣、載荷分布不均、載荷波動大等特點，它會經常發生故障，一旦發生故障，將會影響煤礦安全生產，造成重大經濟損失[4,5,7,8]。

帶式輸送機中的驅動輪是重要部件，驅動輪能否順利正常運轉及其壽命直接影響著輸送機的正常工作。本文以國內某礦帶式輸送機驅動輪為研究對象，利用理論分析與數值計算結合手段，分析礦用帶式輸送機啟動工況下的驅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化設計提供依據。

1 驅動輪滾筒的理論分析

周向載荷分布規律：礦用帶式輸送機驅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，對滾筒軸心所產生的力矩等于外界輸入的扭矩。滾筒表面沿環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 驅動輪滾筒的數值模擬分析

2.1 數值計算模型的建立

圖1 滾筒受力圖

圖2 筒壁沿軸線變形圖

本文以國內某礦大巷帶式輸送機驅動輪為例，遵循數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，驅動輪滾筒筒壁厚度38mm。其有限元數值分析模型，見圖3。所用材料和力學參數如表1所示。

表1 數值計算中零件材料及力學參數表

圖3 整體模型網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在皮帶和筒壁接觸區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°處為皮帶駛入滾筒點，180°處為皮帶駛離滾筒點。滾筒筒壁的位移規律為：從皮帶駛入點到駛離點，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入點為筒壁變形最大部位，而數值計算結果表明，筒壁的最大變形發生在角度約為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 筒壁的應力分析

為了立體地直觀地分析滾筒筒壁的應力分布特征，繪制了滾筒筒壁的徑向應力云圖。見圖6，從圖看出，筒壁的徑向應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，根據應力和變形關系確定，筒壁的徑向應力最大值也應出現在前面坐標系30°處的筒壁和輻板的接觸位置，其值大約4MPa。

圖6 筒壁的徑向應力云圖多視角圖

3 結束語

關于帶式輸送機的穩定性分析，前人做過大量研究工作，理論分析簡化太多，數值計算較少反映皮帶和滾筒的擠壓+摩擦式接觸。本文以國內某礦大巷帶式輸送機驅動輪為工程實際，通過分析滾筒的受力和變形特征，利用數值計算模擬驅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；筒壁的徑向應力區域集中在筒壁和輻板的連接處，最大值出現在30°處筒壁和輻板的接觸位置。

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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，從事煤礦運輸的管理工作。

樊 敏