刮板输送机链轮疲劳寿命分析

冯金水，李建华

（山西煤矿机械制造有限责任公司，山西 太原 030031）

刮板输送机链轮疲劳寿命分析

冯金水，李建华

（山西煤矿机械制造有限责任公司，山西 太原 030031）

运用有限元分析软件U G，对刮板输送机的重要部件链轮进行疲劳寿命分析，得到了疲劳安全因数和启动10s内的应力应变图。其分析结果为刮板输送机的可靠性工程质量分析提供了理论基础。

链轮；U G有限元；疲劳寿命分析

刮板输送机链轮是传动系统中重要的机械部件，由于井下工作条件恶劣，设备更换维修困难，因而，可靠性对于刮板输送机的使用具有重要意义。基于结构裂纹损伤积累原理进行疲劳寿命计算，可以根据材料的S-N曲线图或E-N曲线来估计该零件的疲劳寿命。

应力安全因子(S Tr e s s S a Fe Ty Fa c To r，S S F)，是用于衡量零件的总体强度，由应力准则除以某一应力类型的有效值计算得到（标量）。有效应力选用V o n-M i s e s类型。疲劳安全因子（Fa Ti g u eS a Fe Ty Fa c To r，FS F）由疲劳应力准则除以应力幅值得到（标量）。

1 链轮有限元模型的建立

见图1和表1。实体模型采用U G软件，链轮参数如下：链轮齿数N=7；链环公称直径d=48；圆环链公称节距p=152；取链环48×152；链轮轮轴直径R。所以：

（1）节圆直径：

（2）顶圆直径：

D11=D0+2d=784.

（3）链轮中心至链窝底平面高度：

图1 三维实体模型

表1 链轮材料参数

见图2。使用N X_n a s Tr a n进行网格划分，类型3D，C TE TR A(4)，单元大小38.2m m，划分规则以轴对称为主，必要时对链轮进行分组，然后进行单元点对点连接，否则分析结果与实际情况会有较大误差。单元节点总数为3851，四面体单元数为13667。

2 有限元分析

链轮所承受载荷作用的应力为S，零件强度为δ，且概率密度函数分别为f(S)和g(δ).失效概率为

图2 网格划分

利用E d g w o r Th级数展开式，得到机械零件强度失

效概率近似计算表达式

运用威布尔分布，概率分布函数为

均值、标准差、偏度和峰度分别为

3 加载约束及载荷分析

3.1 载荷分析

重力，y轴负方向，9810m m·s e c^2。离心角速度280°/s e c，链轮载荷分析数据，见表2。

3.2 约束

对链轮花键连接处，施加约束。

3.3 解算

应力、应变、结构疲劳、疲劳因子分布如图3～图7和表3所示。

4 额定寿命与工况条件下有限元分析差异

表2 链轮载荷 /k N

图3 应力图

图4 应变图

图5 结构疲劳位置

图6 疲劳因子分布

图7 发生疲劳位置图

表3 疲劳寿命最低的20个点疲劳安全因子及位置

刮板输送机链轮设计过煤量为6M t，换算成链轮应力循环次数为8000000次。

模型有限元分析疲劳安全因子随循环次数变化，见图8。

图8 疲劳安全因子随循环次数变化

误差及其分析原因有1）约束，扭矩之间对应关系设定存在误差；2）网格划分分析结果可靠性为85.752%；3）实际运行过程中，链轮链窝处受力出现峰值(实际生产发生过载)。

5 结论

通过基于U G的有限元疲劳寿命分析结果可以看出，链轮的链窝处将发生应力集中及疲劳破坏，其可靠性疲劳寿命分析结果与实际有较好的一致性，可以用于现场的链轮寿命估算。

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Fatigue Life Analysis on Sprockets oFScraper Conveyor

FEN Jin-shui,LI Jian-hua

（Shanxi Coal Mining Machinery Manufacture Co., LTD, Taiyuan Shanxi 030031）

Finite element analysis software UG was used in fatigue life study on sprockets of scraper conveyor. The fatigue safety factor and stress-strain diagram in 10 seconds of start-up were achieved, which laid the foundation for quality analysis on the reliability engineering of the scraper conveyor.

sprocket; UG finite element; fatigue life analysis

TD 822+.3

A

1672-5050（2011）10-0042-03

2011-09-19

冯金水（1950—），男，山西高平人，硕士，高级工程师，从事煤矿机械的设计与开发工作。

刘新光