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带式输送机传动滚筒的受力分析及优化设计研究

作者:四川天屿翔机械设备有限公司 浏览: 发表时间:2024-02-17 10:01:30

在煤矿或电厂等公司企业正常运行过程中,带式输送机是非常常见的运输设备,在运输煤炭或其他物料方面发挥了重要作用。带式输送机的工作原理是通过电力使电动机转子旋转,电动机转子将动力传递到带式输送机的传动滚筒上,由传动滚筒带动带式输送机进行来回往复的输送工作。由于带式输送机应用广泛,可承担各种物料的输送传递任务,必要时需要其承担较大的承重载荷。所以此时,若对传动滚筒工作时的安全性能设计考虑过多则传动滚筒相关零件配置也随之增多,经济成本和后期检修维护费用也会增加。

 

随着科学技术的不断发展,有限元技术在工业制造领域的结构设计方面发挥了重要作用,这里以该技术对带式输送机传动滚筒结构进行改进优化。

 

1     传动滚筒的结构概述

 

带式输送机基本结构图见下图,主要零部件有起传动作用的轴承、轮毂等。带式输送机的工作原理是以电力为能量来源,通过电力驱动电动机转子旋转,由电机转子传递动力至带式输送机传动滚筒,后由传动滚筒驱动带式输送机来回往复进行运输工作。由此可知,传动滚筒是电机驱动带式输送机的关键零部件,对带式输送机的正常运行工作至关重要。

 

2     传动滚筒受力模型的建立

 

2.1   二维模型的建立

 

本文选择进行改进优化的带式输送机为DTL180 型号输送机,以驱动其正常工作的传动滚筒为讨论目标,其具体结构图1所示,经过查阅相关文献资料得出该型号带式输送机传动滚筒的基本结构参数,通过UG 软件对该传动滚筒的工作结构建立网络立体模型。为了减少不必要的麻烦和提升软件运行速度,对该传动滚筒的基本结构参数进行了简化处理,比如传动滚筒的圆角、凸台等基本结构参数,笔者在通过计算机技术建立模型时选择了忽略,但是这些基本结构参数的忽略并不会影响模型计算的最终结果。该传动滚筒模型通过UG 软件建立成功后,在ANSYS 软件中通过相关计算机操作技术建立该传动滚筒有限元模型。


 

2.2   有限元模型的建立

 

通过UG 软件程序对传动滚筒建立三维模型成功后,需要通过ANSYS 软件建立其有限元模型。在该软件建立有限元模型过程中,相关程序需要输入传动滚筒的材料参数来保证计算机运行结果的准确性该传动滚筒由不同的零件共同构成,而这些零件的材料属性也各不相同,都要进行不同的设置。经过查阅相 关文献资料,得出该传动滚筒的不同材料属性及这些材料的物理参数,比如Q235A 等材料的泊松比等基本参数。然后通过ANSYS 软件对上述建立成功的三维模型进行网格划分,由该传动滚筒具体结构,将每个网格边长划分为15 mm,最后对该三维模型划分所得网格数量和网格节点为159 834 213 482,在该三维模型中设置滚筒仅绕轴运动。其有限元模型见图2所示。


 

3     传动滚筒的受力结果分析

 

通过上述详细介绍的操作步骤,经由计算机相关操作成功建立有限元模型并对传动滚筒划分计算网格后,通过ANSYS 软件中计算程序对划分的网格进行计算,等对该模型计算成功后,最终可以得到该传动滚筒的受力变形情况,其具体受力情况和变形图如图3 所示。该传动滚筒受力分布图进行分析,可得出该传动滚筒的中部受到应力最大,而传动滚筒其他部位从图中可看出受力情况非常不一样,不同部位受到的应力最大值和最小值相差甚大,该传动滚筒受到的最大应力值与其构成材料本身的许用应力值有很大差距,说明该传动滚筒还能承受更大的应力。通过对该传动滚筒变形数据图进行分析,可得出该传动滚筒变形最严重的地方和受到应力最大的地方为同一位置,而其他部位分别产生了不同程度的变形,由图得最大与最小变形量分别为0.293 mm0.0132 mm

 

笔者经过查阅相关文献资料进行相关计算后得出,该传动滚筒的变形量在允许变形范围之内。


 

由图3 可知该型号输送机的传动滚筒产生的变形量与其构成材料可允许的最大变形量相差比较大,存在很大的变形富余,因此认为该传动滚筒结构设计非常不合理,虽然过多的变形余量可以保证传动滚筒不会因变形而失去工作能力,但是在该传动滚筒制造或对其采购的同时,经济成本和后期检修维护费用也随之增加。

 

4     传动滚筒的优化改进

 

通过选用ANSYS 软件对该传动滚筒结构设计进行优化,在该软件计算程序中,该传动滚筒的传动轴直径、滚筒外壳厚度参数、辐板的厚度参数对优化计算结果有非常的关系,所以笔者在对该传动滚筒结构优化过程中主要改进这三个重要参数变量,以最大程度减少该传动滚筒的零部件数量,缩减生产成本。

 

经过以上分析得出传动轴径、筒体厚度、辐板厚度对传动滚筒的优化计算结果影响较大,通过正交实验法对其数值进行改进优化,经过反复计算后得出传动滚筒质量最小时,这三个参数值分别为350 mm24 mm31 mm。对比之前传动滚筒结构参数进行计算,改进优化后的传动滚筒减少了生产成本的同时,还保证了其性能的优越。

 

5      改进后传动滚筒的实践应用效果

 

将该优化后的传动滚筒投入6个月左右实际应用后,带式输送机和其传动滚筒工作情况良好,相比之前故障发生率明显减小,有很大的推广应用价值。


 

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