礦用刮板輸送機鏈輪優化設計分析

（陽煤忻州通用機械有限責任公司，山西 忻州 034000）

我國當前使用的鏈輪使用壽命短、承載能力差，并且和其他的零部件設計水平也是不匹配，而這一問題也是嚴重的阻礙了刮板輸送機朝著遠距離以及大功率輸送方向發展的重要因素。積極的采用相關措施來進行優化設計也是十分的有必要，以此來滿足日益重型化的刮板輸送機的發展需求。

1 合理的建立有限元模型

本文主要就是以某一型號的刮板輸送機作為研究的對象，建立相關的鏈輪模型，如下圖1。其鏈輪失效的部位主要就是在鏈窩，而其鏈齒根部破壞的情況比較少。為了有效的提升計算的效率，取模型中相鄰的兩個齒作為分析研究對象，建立如下圖2所示的有限元模型。為了準確的事假圓環鏈拉力載荷，具體可以將載荷均勻的加載下圖2的半環斷面上，其中的圓環鏈間、鏈輪以及圓環鏈之間添加一定的接觸約束，然后就是鏈齒底面上所有節點中的自由度全部固定。

圖1 鏈輪三維模型

圖2 鏈輪一鏈環有限元模型

2 基于極限載荷的刮板輸送機鏈輪優化設計分析

2.1 優化目標以及優化的方法

優化的目標就是：①應變分布盡可能的均勻；②最大等效應變最小；③大應變區域落在鏈窩的中央區域[1]。而優化的方法則是有著以下兩種，提取變形之后的鏈環外廓包絡面當作是鏈輪鏈窩曲面圓弧段的部分。提取變形之后的鏈環中心線，以其作為軌跡，以標準圓弧當成是截面，通過三維軟件來對生成的鏈輪鏈窩曲面圓弧段的部分進行掃略。

2.2 基于鏈環變形之后的包絡面鏈輪優化設計分析

嚴格的按照以下幾個步驟提取鏈環變性之后的外廓包絡面：①提取鏈環變性之后的各個節點位移矢量；②將標準鏈環每一個節點按照位移矢量移動，得到變形之后的網格單元；③提取鏈環裸露單元外表面生成的曲面，這樣也就能夠得到鏈環變形之后的外表面。然后將其導出，在三維軟件中就能直接進行建模，最后得到優化之后的鏈輪。相比較于優化之前，刮板輸送機鏈輪的受力狀況有著極大的改善。

2.3 基于鏈環變形之后的中心線進行鏈輪優化設計

與外包絡面的提取方法相似，不過鏈環中心線在提取的時候必須得保證在標準鏈環進行鏈環中心線網格劃分的時候應該采用離散化網格單元的邊進行構成，最后再提取這些變性之后的單元邊生成的曲線，這樣也就能夠得到鏈環變形之后的中心線。加載分析之后可以得出如下圖3所示的應變分布中，從圖中我們可以清楚的了解到其最大的應變未2.67×10-2，和優化之前變化不大，不過卻極大的提升了應力分布的均勻化程度。

2.4 兩種優化結果對比分析

通過對比兩種優化結果我們能夠看出，提取變形之后的鏈環外廓包絡面當做鏈輪鏈窩的曲面之后，其最大應變的減小幅度比較大，并且最大應變的區域也是更加的理想。所以在實際的應用中利用鏈環外廓包絡面方法來進行刮板輸送機鏈輪的優化。

3 優化方法的循環性分析

3.1 基于平穩載荷的輸送機鏈輪二次優化

通過上文的分析我們能夠看到，以上兩種優化的方法都能夠起到一定的作用，而這里主要討論的就是能否循環的利用提取鏈環包絡面來當成是鏈輪鏈窩曲面的方法進行鏈輪的優化，這也就是說在提取了優化之后的模型分析結果之后，再一次進行鏈輪鏈窩曲面的重構，觀察鏈輪受力特性能不能再次有著提高。例如下圖4主要就是基于平穩運行載荷的作用下進行輸送機鏈輪二次優化之后的應變分布的情況，從圖中我們能夠清楚的看出其最大應變有著稍許變大，并且其最大的應變區域比較接近立環開檔，同時應變的均勻程度也比不上第一次的優化結果。

圖3 基于鏈環中心線優化后的鏈輪應變分布

圖4 基于平穩載荷的輸送機鏈輪二次優化后的應變分布

3.2 基于平穩載荷鏈輪二次優化的結果分析

結合上文內容我們能夠清楚的知道，第二次使用提取鏈環包絡面當做鏈輪鏈窩曲面這一方法記性鏈輪的優化之后，刮板輸送機鏈輪的力學特性沒能得到進一步的優化，并且其效果也沒有呈現出遞增性，下以對其原因進行了相關分析探討。從下圖5我們能夠看出，標準的圓環鏈和鏈輪在空載的條件背景下處于理想面的接觸狀態。而在加載之后因為圓環變形，圓環鏈和鏈輪在立環開檔的位置處以較小的區域接觸，這個時候的鏈輪接觸應變最大。

圖5 鏈輪優化過程示意圖

4 結語

綜上所述，本文主要就是通過有限元分析軟件進行了鏈輪和圓環鏈的靜力學接觸分析，然后在這個基礎之上進行鏈輪的優化設計。相關部門應該利用提取鏈環外廓包絡面當做是鏈輪鏈窩曲面圓弧段部分的優化方法。所述的優化方法的最終結果和使用工況息息相關，優化前應變以及載荷越大，那鏈輪優化之后的受力特性的改良就會越發的明顯。而循環使用所述的優化方法進行鏈輪的優化，其效果沒有呈現出遞增性，也就是說提取優化之后的模型分析結果，再次進行鏈輪鏈窩的重構，其力學特性不再有著明顯的改善。