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1、刮板输送机卡链状态下圆环链动力学分析 西安科技大学机械工程学院 龚晓燕 施晓俊 薛 河 摘 要 利用非线性有限元分析软件ANSYS LS DY NA建立了刮板输送机圆环链的动力学模型 分析了卡 链状态下圆环链的动力学变化过程 同时 对不同初始条件下的圆环链动能损失以及卡链过程中圆环链的能量 吸收特性进行了分析 关键词 LS DY NA 刮板输送机 卡链 动能损失 能量吸收 Abstract By using nonlinear finite element analysis code ANSYS DY NA to build a dynamic analysis model of the ro
2、und link the paper analyzes the kinetic energy loss of the round link chain under the different initial conditions and the energy ab2 sorption under chain blocked according to the dynamic process of the round link chain under chain blocked condition Keywords LS DY NA scraper conveyer chain blocked k
3、inetic energy loss energy absorption 随着国内高产高效采煤工作面的快速发展 重 型刮板输送机的使用越来越多 其牵引结构 矿 用高强度圆环链的使用寿命逐渐引起大家的重视 生产中环环相扣的链环只要一环出现问题 刮板输 送机就得停机 整个工作面就得停产 1 刮板输送 机对于整个煤矿安全生产起着至关重要的作用 在 正常运行中如果输送机平面内有过大弯曲 导致两 链受力不均匀 有异物卡住或者是两边圆环链运行 不同步都会造成圆环链的卡链 卡链的后果是负载 变大 基本上是无穷大 容易断链 此外还会损坏 偶合器 使电机堵转 损坏 机头 等等 本研究对圆环链卡链状态下的动力响应
4、特性进 行有限元分析 分析圆环链的加速度 速度变化过 程及其能量吸收特性 对于确定刮板链的能量吸收 特性以及现有刮板链的合理设计都有现实意义 1 计算模型的建立 111 材料模型的建立 按材料非线性对问题加以处理 认为位移和应 变无限小 应力和应变的关系是非线性的 采用 6 当给定寿命为N2 N3 时 重复 4 5 步骤就得到了R N2 R N3 3 计算实例 文献 3 中 对 试 验 梁 施 加 最 大 应 力 幅 max 185 MPa 变幅 其等效应力幅 143 MPa 常幅 此时变异系数为0114 由文献 5 得到 均值ac 11115 mm 变异系数 ac 012 假 设服从正态分布
5、 取初始裂纹长度均值a0 013 变异系数 a0 015 假定使用寿命 根据前面的可 靠度计算方法 得到的可靠度列于表1中 文献 4 给出试验中得到的均值寿命为 8129 105 而本文计算得到可靠度为50 下的寿 命为81264 105 从表1可以看出随着箱形梁循环 次数的增加 可靠度减小 这与实际是相符的 可 见本文提出的可靠度研究方法有一定的参考价值 参 考 文 献 1 徐振兴 1 断裂力学 1 长沙 湖南大学出版社 1987 2 刘文廷等 1 概率断裂力学与概率损伤容限 耐久性 1 北 京 北京航空航天大学出版社 1998 3 翟甲昌 王生 申增元 李亿祥 1 桥式起重机焊接箱形 梁的
6、疲劳试验 1 起重运输机械 1994 4 王生 翟甲昌 1 桥式类型起重机箱形梁变幅疲劳试验 1 太原重型机械学院学报 1996 5 文中 蔡启舟 朱大林 1 基于剩余强度的箱型两类可靠 性分析 1 三峡大学学报 2004 6 刘惟信 1 机械可靠性设计 1 北京 清华大学出版社 1996 7 焦馥杰 1 焊接结构分析基础 1 上海 上海科技技术文献 出版社 1991 作 者 贺小平 地 址 太原市万柏林区瓦流路 邮 编 030024 收稿日期 2006 01 15 06 起重运输机械 2006 8 Von1Mises屈服准则 将圆环链的受力看作是各向 同性材料的小应变问题 按经典双线性随动强
7、化塑 性材料来分析 见 图1 链 环1材 料 为 高 级 优 质 钢 23MnNiCrMo 其弹性模量E 210 GPa 屈服极限 s 0192 GPa 切线模量Et 0156 GPa 泊松比 013 密度 7186 10 6 kg mm3 3 对于链环 2 本研究中通过有限元程序直接把它定义为无约 束刚体 其材料参数与链环1相同 图1 圆环链有限元模型 112 载荷模型的建立 取链环中的2个圆环链组成一个完整的接触对 进行计算 为了对卡链状态下的情况进行模拟分 析 在建有限元模型过程中假设链环1是固定不动 的 即链环1中A处结点的各个自由度都被约束住 了 通常刮板输送机有0163 0175
8、0185 0196 1106 1125和115等7种速度规格 4 在本文中给 链环2施加0185 m s的竖向初速度 113 计算模型的建立 计算模型采用 18 64C圆环链 为方便计 算 假设圆环链各横截面均为半径相等的圆形 其 几何尺寸如图2所示 图2 18 64C圆环链尺寸 根据几何尺寸建立有限元模型 由于接触区域 存在应力集中 在2个接触表面离散成单元尺寸较 小的单元 其他区域离散成尺寸稍大的单元 这样 可减少模型的单元总数 通过指定单元尺寸 将实 体模型离散成9 000个节点和6 200个单元 圆环 链的有限元模型如图1所示 2 计算结果分析 为便于对卡链瞬间的圆环链进行动力学分析
9、在有限元分析中求解时间设定为t 2 ms 通过LS DY NA分析可以捕捉到圆环链卡链时的整个详细 过程 圆环链在卡链状态下的动力特性主要是卡链 状态下链环的速度 加速度 能量等的时间响应历 程 211 卡链时的速度和加速度变化 卡链时链环1受到链环2的冲击 链环2的加 速度大小和链环1对链环2的反作用力成正比 所 以在卡链状态下链环2对链环1的冲击加速度是反 应圆环链力学性能的一个重要指标 由有限元分析 得到的加速度 时间曲线 图 3 可知 在链环2 与链环1刚开始接触时 加速度急剧增加 大约在 t 113 ms时达到峰值 约为913 m s2 然后开始 降低 在t 115 ms时 加速度为
10、零 这是因为卡 链瞬间 链环1对链环2的阻力急剧增加 很快达 到峰值 随即反弹 链环1对链环2的作用力继续 逐渐减小 直至为零 图3 加速度时间曲线 图4 速度 时间曲线 有限元分析得到的冲击速度 时间曲线如图4 所示 由图4可以看出 速度是近似线性减少的 在t 113 ms时速度衰减到零 随即出现反弹 同 16 起重运输机械 2006 8 时由图3 图4可以看出 冲击加速度达到零的时 间比冲击速度达到匀速的时间要晚 这是因为冲击 速度达到零并出现反弹时 链环2与链环1并未脱 离 链环2继续受到链环1的作用力 直到两者分 离 仿真结果显示 在卡链状态下 圆环链系统尚 未失效 表明圆环链具有较好
11、的抗冲击能力 而且 在整个卡链过程中 速度 加速度变化都比较小 这就是说 在设计中仍有提高系统总体刚度的余 地 因为从提高圆环链卡链时能量吸收的角度来 说 增加刚度是有效的 同时增加刚度可以减小卡 链时加速度的危险值 增强圆环链的抗冲击能力 212 卡链时的能量变化 不同的链条速度在卡链中的动能损失也不同 在本次研究中主要对v 0185 m s和v 115 m s的 2种情况进行对比 分别如图5 6所示 由表1可以看出 当链环2的初始动能较小 时 系统耗散的动能比较小 随着初始动能的增 大 系统的动能也增大 图5 v 0185 m s时动能损失时程曲线 图6 v 115 m s时动能损失时程曲
12、线 在卡链过程中 链环2的初始动能 即冲击能 量 主要转化为系统的内能以及链环2的剩余动 能 其他的能量被摩擦和沙漏模态吸收 从图5至 图7可以看出 卡链过程中总内能逐渐增大 在速 度反弹后内能减小直至为零 总动能则逐渐减小 在速度反弹后稍有上升 表1 不同初始动能下圆环链的动能损失 圆环链速度 m s 1 时间 ms 动能 J 损失的动能 J 0152 01855010844 0470 11550335135 3 结论 本文在ANSYS LS DY NA origin的基础上 应用LS DY NA3D有限元分析程序 建立了卡链 状态下刮板输送机圆环链的有限元模型 对圆环链 的动力学特性进行分
13、析 得到如下结论 图7 圆环链的内能变化 1 仿真结果显示 链环2的冲击加速度在接 触时急剧增加后逐渐降低 直至到零 而速度逐渐 降低 然后反弹 2 在卡链过程中链环2的初始动能 即冲击 能量 主要转化为系统的内能以及链环2的剩余动 能 其他的能量被摩擦和沙漏模态吸收 卡链过程 中总内能逐渐增大 在速度反弹后内能减小直至为 零 总动能则逐渐减小 在速度反弹后稍有上升 3 利用本文的有限元模型 通过改变链条的 初速度值 改变圆环链的几何尺寸或者改变圆环链 卡链的位置 可以进行多种情况下圆环链卡链状态 下的力学性能的研究 本研究为在役刮板输送机圆 环链力学和安全性能分析提供了一种新的方法 并 为圆
14、环链的优化设计提供了一定的理论依据 参 考 文 献 1 石岚 高宇 1 矿用高强度圆环链强度特性分析 1 太原理 工大学学报 2005 36 3 271 2 张维刚 钟至华 1 非线性动态有限元碰撞仿真技术的工 程应用研究 1 计算机仿真 2002 19 2 85 87 26 起重运输机械 2006 8 牵引卷筒磨损对钢丝绳和轴承的影响 浙江大学 黄超胜 杨世锡 河南省送变电工程公司 金红专 浙江省送变电工程公司 蒋建 朱永祥 摘 要 牵引机的牵引卷筒长时间使用后存在不同程度的磨损 磨损后的卷筒将对钢丝绳 牵引卷筒轴承 产生不同程度的影响 本文就造成牵引卷筒磨损的原因和磨损后对轴承和钢丝绳的影
15、响进行分析 并提出了减 少影响的方法 关键词 牵引机 牵引卷筒 钢丝绳 轴承 Abstract A puller drum could get to wear to some extent after a long term of usage Worn drum has a bad influence on steel rope and bearings The paper discusses the problem and puts forward a useful way to reduce the influence Keywords puller drum steel rope bea
16、ring 牵引机是用于张力架线的特殊施工机械 随着 电力需求的增长 相应的电力工程不断增多 投入 使用的牵引机也越来越多 对于长时间使用的牵引 机 牵引卷筒都存在不同程度的磨损 磨损后的卷 筒将对钢丝绳 牵引卷筒轴承产生不同程度的影 响 如ARS703牵引机 常发生牵引卷筒轴承损 坏 钢丝绳经过牵引卷筒时会出现断丝 严重时在 一个捻距内有多处断丝 而且大多集中在一股上 从而造成了大量钢丝绳报废 测其卷筒直径发现 靠近进线处的绳槽磨损比较严重 而出线处的绳槽 磨损相对较轻 其磨损后的绳槽直径差最大达6 mm 本文就造成牵引卷筒磨损的原因及磨损后对 轴承和钢丝蝇的影响进行分析 并提出了相应的改 善方法 1 双摩擦卷筒结构 双摩擦卷筒结构如图1所示 它由2个轴线平 行 表面带有数个钢丝绳槽的卷筒 组成 牵 引作业时 牵引钢丝绳首先从上方进入卷筒 的第 1槽 并从内侧到外侧逐槽排列 最后从卷筒I的 外侧槽向上引出 进入钢丝绳卷扬机构 这样 当 卷筒 被驱动时 靠钢丝绳和卷筒之间的摩擦 附着力使钢丝绳不断顺次交替进出2个卷筒上的绳 槽 并通过钢丝绳卷扬机构连续卷收钢丝绳 进行 牵引作业 图1 双
