帶式輸送機(jī)卸載架有限元分析

郭 威

（山西煤礦機(jī)械制造有限責(zé)任公司，山西 太原 030031）

0 引 言

項(xiàng)目是為同煤集團(tuán)某煤礦設(shè)計(jì)的大型伸縮式帶式輸送機(jī)，帶寬1 400 mm，運(yùn)距1 536 m，帶速4.5 m/s，運(yùn)量3 500 t/h，裝機(jī)功率為3×500 kw。機(jī)頭卸載架作為帶式輸送機(jī)的重要組成部分之一，受力比較復(fù)雜，為確保設(shè)計(jì)的可靠性，對(duì)此卸載架進(jìn)行有限元分析。

1 幾何模型的建立

在PRO/E軟件中對(duì)卸載架進(jìn)行三維模型的建立，如圖1所示，在建模過程中，對(duì)卸載架模型進(jìn)行相應(yīng)的簡(jiǎn)化，去除卸載滾筒、緊固螺栓和聯(lián)接槽鋼等，并將伸長(zhǎng)支座和三角架視為一體。由于該模型是左右對(duì)稱分布，為了進(jìn)一步減少模型的計(jì)算量，僅對(duì)單側(cè)架進(jìn)行分析。

圖1 卸載架三維簡(jiǎn)化模型

2 模型的計(jì)算與分析

2.1 網(wǎng)格劃分

將立體模型導(dǎo)入Workbench軟件中，并對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格類型采用四面體網(wǎng)格，總體的劃分尺寸為20 mm，共有294 170個(gè)節(jié)點(diǎn)，154 382個(gè)網(wǎng)格單元，所得的數(shù)字模型完全能夠滿足本次分析的要求[1]。

2.2 邊界條件的設(shè)定

卸載架的底部通過地腳螺栓與地基連接在一起，限定連接面的所有自由度，故約束類型設(shè)定為Fixed Support[2]。

2.3 載荷分析

卸載架的受力分析，如圖2所示，本卸載滾筒非傳動(dòng)滾筒，在輸送帶的趨入點(diǎn)和奔離點(diǎn)受力相同，均為S1=450 kN，滾筒自重為G=47.2 kN，伸出支座長(zhǎng)為L(zhǎng)=350 mm，具體載荷分布為：

圖2 卸載架受力分析圖

1）水平分力：

2）豎直分力

3）力矩

2.4 結(jié)果與分析

圖3 卸載架的等效應(yīng)力圖

1）強(qiáng)度分析。卸載架的等效應(yīng)力分布，如圖3所示，整體受力分布均勻，最大的應(yīng)力點(diǎn)集中分布在立柱的前筋板上端與立柱正面交點(diǎn)位置，最大等效應(yīng)力為δmax=98.886 MPa。由于本卸載架材料采用Q235-A碳素結(jié)構(gòu)鋼，其許用應(yīng)力為[δ]=150 MPa>δmax，所以強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求[3]。

2）剛度分析。模型的位移云圖，如圖4所示，最大變形位移為fmax=0.988?mm 。 按 彎曲構(gòu)件的剛度要求，構(gòu)件的實(shí)際撓度必須小于許用撓度[f]，對(duì)一般用途的彎曲構(gòu)件其許用撓度為：

圖4 卸載架的位移云圖

[f]=0.000 5l=1.425?mm>0.988?mm

式中：l為彎曲構(gòu)件的跨度，故模型剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié) 論

通過對(duì)卸載架進(jìn)行有限元分析，有效地校核了設(shè)計(jì)方案，確保了設(shè)計(jì)質(zhì)量，為有限元設(shè)計(jì)方法進(jìn)一步應(yīng)用到帶式輸送機(jī)其他關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

[1] 霍雅琴.大型膠帶機(jī)關(guān)鍵部件的參數(shù)化有限元分析[D].成都：電子科技大學(xué)，2003：65-71.

[2] 北京科技大學(xué).工程力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3] 王興茹,朱衛(wèi)平，周相國(guó).帶式輸送機(jī)機(jī)頭三角架的有限元分析[J].煤礦機(jī)電，2006（1）：28-31.