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摘要：在管式带状输送机中，最重要的部件是传送架，随着对结构的特殊要求，需要通过计算，对传送架进行模拟分析。通常使用计算机ADAMS软件来分析传送架在输送机运行过程中的有限元分析，模拟找出最大应力的受力点，改进优化结构，为传动架的设计提供可靠的数据支撑。
关键词：管状带式输送机；传动架；优化；有限元分析
1传动架模型的建立
如图1所示，输送机的传动架是由槽钢和多种其他型号的钢材焊接而成的，能实现单筒和双筒传动，利用ANSYS生成模态中性文件，将柔性的微元段代替刚性的输送带小块，在柔性小块之间用Bushing式输送带部分柔性后，再将不同部分的输送带之间柔性连接，使整条输送带成为柔性体。之后导入ADAMS中，取代相应位置的刚性体，来实现输送带的柔性建模。
ADAMS中提供三种载荷：外部载荷、柔性连接、特殊载荷。简化的案例模型中，各滚筒重力、输送带重力均通过模型材料属性的设置来表示，其中，输送带要针对其型号选择合适的弹性模量及密度，以确保仿真结果得可靠性。拉紧装置则采用施加外载荷来模拟重物的拉紧效果。物料重力则等效为均布力载荷。经计算（1）输送带的均布载荷通过模型重力设置。（2）物料的均布载荷q物=227．64kg/m（3）托辊载荷1）承载分支动载：P0＇=3800N2）回程分支动载计算：Pu＇=1583N3）起动时，输送机的总质量m1=10777．64kg；4）拉紧装置受到重锤的拉力G=8499．6kg，清扫器阻力F=840N．3仿真分析利用ADAMS中的自带的程序进行仿真检验，ADAMS-Tools-ModelVerify模型自检功能，只有在模型检验通过的条件下，模型才能顺利进行仿真。选取输送带上五个具备代表意义的关键点，关键点位置如图2所示。
（1）关键点1位于输送带前端，输送带在托辊的作用下即将被卷成圆管状，属于输送带的加料段。仿真过程，选取关键点1，即添加Marker点为空间位置上的固定点1，不随输送带运动。
（2）关键点2位于输送带第一个转弯处的一个外侧切点位置，管状输送带会沿着转弯弧度运行。仿真过程，选取关键点2，即添加Marker点为空间位置上的固定点2，不随输送带运动。
（3）关键点3位于输送带第一个转弯与第二个转弯的相切处，即输送带的拐点位置。仿真过程，选取关键点3，即添加Marker点为空间位置上的固定点3，不随输送带运动。
（4）关键点4位于输送带第二个转弯处的一个内侧切点位置，管状输送带会沿着转弯弧度运行。仿真过程，选取关键点4，即添加Marker点为空间位置上的固定点4，不随输送带运动。
（5）关键点5位于输送带末端，输送带在托辊的作用下即将被展开呈水平形态，属于输送带的卸料段。仿真过程，选取关键点5，即添加Marker点为空间位置上的固定点5，不随输送带运动。
通过以上分析，我们得出了以下结论
（1）输送带前端的峰值较高，因此需要增大前端托辊的强度。
（2）输送带在稳定运行后，各位置的应力值基本相等，证明管带式输送机线路布置比较合理，有助于选择输送带的型号。
3.传动架结构分析
3.1建立有限元模型
首先在ADAMS软件中建立传动架的三维模型，在软件中选择相应的材料，并将模型另存为.step的文件。打开ANSYS软件，将三维模型倒入软件中，将传动架的材料信息等输入软件，配制模型的材料特性。本文选用的传动架是由H架和钢板焊接而成的，其弹性模量为2.1e5MPa，泊松比为0.28。配制还材料属性之后，对传动架的三维模型进行网格划分，使用软件自带的Solid186单元。在网格划分的过程中，要使用统一的网格划分尺寸，复杂会导致模型的网格划分出错。根据设计要求，结合计算机的计算能力，将模型网格的总体划分尺寸定位50mm，局部的尺寸划分为30mm，对三维模型网格划分之后，可以得到78514个单元体，153624个节点，452149个自由度，模拟输送机的运行状态，得到传动架的模拟受力分布情况，传动架网格划分如图3所示。
为了模拟传动架的实际工作状态，在传动架的底部使用地脚螺栓与地基连接，使得传动架只存在3个方向的位移受到约束。按照传动架的受力计算值在传动架上施加载荷。
3.2求解结果及分析计算求解
根据ANSYS软件模拟分析的结果，可以得到传动架的应力云图和位移云图。可以得到以下结论：
a.传动架使用的碳素材料为结构钢，其型号为Q235A，最大允许强度[σ]=150MPa。根据分析结果可以看出，在传动架的斜面拐角处应力最大，为97.822MPa，小于最大允许强度，可以满足强度需求。
b.传动架允许挠度为2.28mm，根据分析结果可以看出，在前立柱位置偏移量最大，为1.5025mm，满足刚度需求。
c.结合分析结果，可以在满足传动架强度和刚度的前提下，对其结构进行优化，以达到节省材料，减轻重量和降低费用的目的。
结语
由于管式带状输送机主要在井下工作，由于环境特点要求，其线路布置非常复杂繁琐，传动架作为重要的一部分，在受到外力作用时，其应力分布和变形量很难估计。本文针对这一问题，利用ADAMS分析软件ANSYS对传动架进行静态结构分析，可以精确模拟出传动架在受力状态下的变形量以及应力分布情况，根据云图可以直观的看到最大应力位置，针对这些特殊位置进行结构优化，可以提升管状带式输送机的整体性能，在保证强度和刚度的前提现，获得最大的经济效益。
参考文献：
[1]张勇杰，郭永存，胡坤，等.国内首条煤矿井下管状带式输送机的设计与应用［J］.煤矿机械，2013，34（5）：16-17.
论文作者:石俊超
论文发表刊物:《防护工程》2019年第6期
论文发表时间:2019/6/28
标签：输送带论文; 载荷论文; 模型论文; 位置论文; 关键论文; 应力论文; 管状论文; 《防护工程》2019年第6期论文;