带式输送机卸载架有限元分析

郭 威

（山西煤矿机械制造有限责任公司，山西 太原 030031）

0 引 言

项目是为同煤集团某煤矿设计的大型伸缩式带式输送机，带宽1 400 mm，运距1 536 m，带速4.5 m/s，运量3 500 t/h，装机功率为3×500 kw。机头卸载架作为带式输送机的重要组成部分之一，受力比较复杂，为确保设计的可靠性，对此卸载架进行有限元分析。

1 几何模型的建立

在PRO/E软件中对卸载架进行三维模型的建立，如图1所示，在建模过程中，对卸载架模型进行相应的简化，去除卸载滚筒、紧固螺栓和联接槽钢等，并将伸长支座和三角架视为一体。由于该模型是左右对称分布，为了进一步减少模型的计算量，仅对单侧架进行分析。

图1 卸载架三维简化模型

2 模型的计算与分析

2.1 网格划分

将立体模型导入Workbench软件中，并对模型进行网格划分，网格类型采用四面体网格，总体的划分尺寸为20 mm，共有294 170个节点，154 382个网格单元，所得的数字模型完全能够满足本次分析的要求[1]。

2.2 边界条件的设定

卸载架的底部通过地脚螺栓与地基连接在一起，限定连接面的所有自由度，故约束类型设定为Fixed Support[2]。

2.3 载荷分析

卸载架的受力分析，如图2所示，本卸载滚筒非传动滚筒，在输送带的趋入点和奔离点受力相同，均为S1=450 kN，滚筒自重为G=47.2 kN，伸出支座长为L=350 mm，具体载荷分布为：

图2 卸载架受力分析图

1）水平分力：

2）竖直分力

3）力矩

2.4 结果与分析

图3 卸载架的等效应力图

1）强度分析。卸载架的等效应力分布，如图3所示，整体受力分布均匀，最大的应力点集中分布在立柱的前筋板上端与立柱正面交点位置，最大等效应力为δmax=98.886 MPa。由于本卸载架材料采用Q235-A碳素结构钢，其许用应力为[δ]=150 MPa>δmax，所以强度满足设计要求[3]。

2）刚度分析。模型的位移云图，如图4所示，最大变形位移为fmax=0.988 mm 。 按 弯曲构件的刚度要求，构件的实际挠度必须小于许用挠度[f]，对一般用途的弯曲构件其许用挠度为：

图4 卸载架的位移云图

[f]=0.000 5l=1.425 mm>0.988 mm

式中：l为弯曲构件的跨度，故模型刚度满足设计要求。

3 结 论

通过对卸载架进行有限元分析，有效地校核了设计方案，确保了设计质量，为有限元设计方法进一步应用到带式输送机其他关键部件的设计奠定了基础。

[1] 霍雅琴.大型胶带机关键部件的参数化有限元分析[D].成都：电子科技大学，2003：65-71.

[2] 北京科技大学.工程力学[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3] 王兴茹,朱卫平，周相国.带式输送机机头三角架的有限元分析[J].煤矿机电，2006（1）：28-31.