矿用刮板输送机链轮优化设计

矿用刮板输送机链轮优化设计

徐亮

浙江美安普矿山机械股份有限公司浙江衢州324022

摘要：目前我国所用的链轮有着承载力差以及使用寿命短的特点，并且其与别的零部件的设计水平不一致，这些现象都严重影响到了刮板输送机朝着远距离以及大功率输送方向发展的重要因素。积极的采用相关措施来进行优化设计也是十分的有必要，以此来满足日益重型化的刮板输送机的发展需求。鉴于此，本文就矿用刮板输送机链轮优化设计展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：矿用；刮板输送；机链轮；优化设计

1.合理的建立有限元模型

本文主要就是以某一型号的刮板输送机作为研究的对象，建立相关的链轮模型，如下图1。其链轮失效的部位主要就是在链窝，而其链齿根部破坏的情况比较少。为了有效的提升计算的效率，取模型中相邻的两个齿作为分析研究对象，建立如下图2所示的有限元模型。为了准确的施加圆环链拉力载荷，具体可以将载荷均匀的加载下图2的半环断面上，其中的圆环链间、链轮以及圆环链之间添加一定的接触约束，然后就是链齿底面上所有节点中的自由度全部固定。

图1链轮三维模型图2链轮一链环有限元模型

2.矿用刮板输送机的结构特点

2.1传统辅助装置的特点

电动机、连接罩、紧链装置以及减速器等作为辅助装置中的重要组成部分。将电动机运用到刮板输送机中，其在工作的过程中可以为输送机提供动力输出。而这其中，人们将电动机安装在输送机中开展工作时，不仅可以将单速电动机运用其中，同时还可以将双速电动机进行相应的使用，对于输送机的正常运用有着一定的影响。而连接罩主要是一种将减速器和电动机连接到一起的一种重要装置，它以扭矩传输为支撑，上面设置了专门的检查窗、安装耳板等，人们在对输送机内部闸盘连接套进行检查和安装紧链装置时，均可以在连接罩的帮助下开展相应的工作，以促进工作质量的持续提升.

2.2机头架组件的特点

机头架、链轮组件以及连接架垫等作为机头架组件重要的组成部分，也会在一定程度上推动整个刮板输送机的正常运行。而这其中，机头架作为一种整体的焊接结构，通常都是使用耐磨性能高的材料进行中板的制作的，一般都可以通过端卸形式以及交叉侧卸形式将其卸载下来。同时为了促进整个链轮组件安装和更换效率的提升，都会将压块运用到相应的部件之中，以对传动机械桩、链轮组件以及刮板链等部件提供支撑。而链轮组件作为刮板链运行的传动部件，主要是由链轮轴、链轮体、轴承座以及浮动密封等零件组成的一个整体。

一般情况下，为了能够对刮板输送机中的机头架和变线槽进行连接，促使整个输送机在运用过程中的正常运转，都会使用高强度的钢板组焊结构进行过渡槽的制作，从而通过这种方式，确保刮板链由中部到机头稳定运行，以此适应卸载高度的要求，并且成为移架的支撑体。

3.刮板输送机配套设备的设计选型

3.1轮式破碎机

轮式破碎机的作用是切割煤层并破碎煤层。切割煤层的工作原理是利用高速运动的切割刀快速通过目标煤层，目标煤层会受到比较大的冲击力，实现切割煤层的目的。破碎机接着会把割下的煤层进行破碎，破碎煤层的工作原理是利用破碎机上刀座的速度与刮板链和破碎轴的速度之间的差值来实现对割下煤的挤压，最终实现对割下煤层的破碎。在实际的矿井下，需要将破碎后的煤进行运输，因此破碎机还需要与输送机一起组合使用。轮式破碎机有很多型号，本文选择对PLM5000型轮式破碎机进行设计研究。此破碎机利用4个部件联合使用来达到传动的目的，这4个装置包括电动机、液力偶合器、减速器、弹性联轴节。这个破碎机的优点是可以调节出煤的块度。此功能是根据进入破碎机煤的块度来控制垫板实现的。

3.2转载机

在井下机械选型时，不能单纯只考虑一个器械的性能，要考虑其和其他配套设施一起使用时的性能，本文选择SZZl350/500型转载机与刮板输送机配套使用。SZZl350/500型转载机的电动机采用的是变频电动机，其传动系统采用的是齿轮传动，并且转载机通过花键来实现链轮组件和减速器的连接。为了减少转载机所占的体积，把它平行布置在传动装置一侧。为了方便转载机的灵活运移和转动，SZZl350/500型转载机设有铰接槽和拉移点。

4.基于极限载荷的刮板输送机链轮优化设计分析

4.1优化目标以及优化的方法

优化的目标就是：①应变分布尽可能的均匀；②最大等效应变最小；③大应变区域落在链窝的中央区域。而优化的方法则是有着以下两种，提取变形之后的链环外廓包络面当作是链轮链窝曲面圆弧段的部分。提取变形之后的链环中心线，以其作为轨迹，以标准圆弧当成是截面，通过三维软件来对生成的链轮链窝曲面圆弧段的部分进行扫掠。

4.2基于链环变形之后的包络面链轮优化设计分析

严格的按照以下几个步骤提取链环变形之后的外廓包络面：①提取链环变形之后的各个节点位移矢量；②将标准链环每一个节点按照位移矢量移动，得到变形之后的网格单元；③提取链环裸露单元外表面生成的曲面，这样也就能够得到链环变形之后的外表面。然后将其导出，在三维软件中就能直接进行建模，最后得到优化之后的链轮。相比较于优化之前，刮板输送机链轮的受力状况有着极大的改善。

4.3基于链环变形之后的中心线进行链轮优化设计

与外包络面的提取方法相似，不过链环中心线在提取的时候必须得保证在标准链环进行链环中心线网格划分的时候应该采用离散化网格单元的边进行构成，最后再提取这些变形之后的单元边生成的曲线，这样也就能够得到链环变形之后的中心线。加载分析之后最大的应变为2.67×10-2，和优化之前变化不大，不过却极大的提升了应力分布的均匀化程度。

4.4做好刮板输送机中部槽以及附件的设计

矿用刮板输送机在使用的过程中，一般中部槽都会在进行作业的过程中经常会受到矿以及刮板链的剧烈摩擦，会在开展工作的过程中造成极大的消耗。中部槽的结构主要是由槽帮钢与中板进行焊接形成的，不仅需要将其运用于矿产的运输过程中，同时还要确保其自身具有承载采矿机以及推移液压支架的能力，对于整个矿用刮板输送机运行工作的开展有着极大的影响。而过渡槽作为连接中部槽以及机头架或者是机尾架的一项特殊槽，通过这种方式，有利于将中部槽以及机头架或者是机尾架进行连接，进而将脱出的刮板链输送回槽内，在机尾部的过渡槽下对上链器进行安装，对于整个输送机工作的正常开展有着极大的影响。

结语

（1）链条与链轮刚开始啮合时，链轮承受的外力最大。（2）链环从进入到滑出链窝的整个过程中，链窝中部承受的破坏力最大，且最易受损。通过以上结论，对链窝的局部表面进行硬化与耐磨处理，可有效提高链轮的运动效率和使用寿命，即为链轮的设计与修复提供了理论依据。

参考文献：

[1]漆建平.刮板输送机链传动系统可靠性设计方法研究[D].太原理工大学，2018.

[2]王亚滨.重型刮板输送机可控启动装置控制系统研究[D].太原理工大学，2016.

[3]李培勇.矿用刮板输送机驱动链轮的参数化和可视化设计[J].河南科技，2012（12）：89.