矿用刮板输送机链轮优化设计分析

（阳煤忻州通用机械有限责任公司，山西 忻州 034000）

我国当前使用的链轮使用寿命短、承载能力差，并且和其他的零部件设计水平也是不匹配，而这一问题也是严重的阻碍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。

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。为了准确的事假圆环链拉力载荷，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 基于极限载荷的刮板输送机链轮优化设计分析

2.1 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[1]。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略。

2.2 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性之后的外廓包络面：①提取链环变性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。

2.3 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，最后再提取这些变性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。加载分析之后可以得出如下图3所示的应变分布中，从图中我们可以清楚的了解到其最大的应变未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。

2.4 两种优化结果对比分析

通过对比两种优化结果我们能够看出，提取变形之后的链环外廓包络面当做链轮链窝的曲面之后，其最大应变的减小幅度比较大，并且最大应变的区域也是更加的理想。所以在实际的应用中利用链环外廓包络面方法来进行刮板输送机链轮的优化。

3 优化方法的循环性分析

3.1 基于平稳载荷的输送机链轮二次优化

通过上文的分析我们能够看到，以上两种优化的方法都能够起到一定的作用，而这里主要讨论的就是能否循环的利用提取链环包络面来当成是链轮链窝曲面的方法进行链轮的优化，这也就是说在提取了优化之后的模型分析结果之后，再一次进行链轮链窝曲面的重构，观察链轮受力特性能不能再次有着提高。例如下图4主要就是基于平稳运行载荷的作用下进行输送机链轮二次优化之后的应变分布的情况，从图中我们能够清楚的看出其最大应变有着稍许变大，并且其最大的应变区域比较接近立环开档，同时应变的均匀程度也比不上第一次的优化结果。

图3 基于链环中心线优化后的链轮应变分布

图4 基于平稳载荷的输送机链轮二次优化后的应变分布

3.2 基于平稳载荷链轮二次优化的结果分析

结合上文内容我们能够清楚的知道，第二次使用提取链环包络面当做链轮链窝曲面这一方法记性链轮的优化之后，刮板输送机链轮的力学特性没能得到进一步的优化，并且其效果也没有呈现出递增性，下以对其原因进行了相关分析探讨。从下图5我们能够看出，标准的圆环链和链轮在空载的条件背景下处于理想面的接触状态。而在加载之后因为圆环变形，圆环链和链轮在立环开档的位置处以较小的区域接触，这个时候的链轮接触应变最大。

图5 链轮优化过程示意图

4 结语

综上所述，本文主要就是通过有限元分析软件进行了链轮和圆环链的静力学接触分析，然后在这个基础之上进行链轮的优化设计。相关部门应该利用提取链环外廓包络面当做是链轮链窝曲面圆弧段部分的优化方法。所述的优化方法的最终结果和使用工况息息相关，优化前应变以及载荷越大，那链轮优化之后的受力特性的改良就会越发的明显。而循环使用所述的优化方法进行链轮的优化，其效果没有呈现出递增性，也就是说提取优化之后的模型分析结果，再次进行链轮链窝的重构，其力学特性不再有着明显的改善。