杜 康

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)燕家河煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 042100）

引言

刮板輸送機(jī)為采煤機(jī)行走提供軌道，為液壓支架推溜提供支撐。經(jīng)統(tǒng)計，刮板輸送機(jī)故障占據(jù)整個綜采工作面的40%以上，而且絕大多數(shù)事故是由于刮板鏈的故障所引起的。刮板鏈的事故主要表現(xiàn)為卡鏈、斷鏈以及掉鏈等[1]。究其原因在于，刮板輸送機(jī)在實際運輸過程中工況復(fù)雜，刮板鏈會承受較大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致較大的變形。因此，有必要開展刮板輸送機(jī)鏈傳動系統(tǒng)動態(tài)特性研究，并以此為基礎(chǔ)對刮板鏈進(jìn)行優(yōu)化。

1 刮板輸送機(jī)鏈傳動系統(tǒng)建模

刮板輸送機(jī)作為綜采工作面的綜合機(jī)電設(shè)備，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且各個部件之間的關(guān)聯(lián)性較大。同時，考慮到仿真計算速度，在不影響仿真準(zhǔn)確度和精度的情況下，對刮板輸送機(jī)鏈傳動系統(tǒng)建模時，對模型進(jìn)行簡化處理[2]。本文所研究刮板輸送機(jī)型號為SGB420/17，該型刮板輸送機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 SGB420/17 刮板輸送機(jī)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

結(jié)合刮板輸送機(jī)鏈傳動系統(tǒng)的整個結(jié)構(gòu)，對模型作出如下簡化：

1）本文所研究刮板輸送機(jī)的鏈傳動系統(tǒng)為雙鏈型式，由于鏈傳動系統(tǒng)為左右對稱結(jié)構(gòu)，因此，搭建模型時僅選擇其中一邊的鏈條和鏈輪為研究對象。

2）本文的研究重點為刮板輸送機(jī)的鏈傳動系統(tǒng)，因此，對于與鏈傳動系統(tǒng)影響不大的部件可簡化忽略不計。

結(jié)合表1 中SGB420/17 型刮板輸送機(jī)關(guān)鍵部件的參數(shù)，分別單獨建立圓環(huán)鏈、驅(qū)動鏈輪等零部件的模型。根據(jù)各零部件分別完成圓環(huán)鏈條裝配模型、圓環(huán)鏈與驅(qū)動鏈輪裝配模型，最終建立了刮板輸送機(jī)鏈輪傳動系統(tǒng)的裝配模型，如圖1 所示。

圖1 刮板輸送機(jī)鏈輪傳動系統(tǒng)仿真模型

2 刮板輸送機(jī)鏈傳動系統(tǒng)的仿真分析

2.1 刮板輸送機(jī)鏈傳動系統(tǒng)的動力學(xué)仿真分析

基于圖1 的刮板輸送機(jī)鏈輪傳動系統(tǒng)的仿真模型，根據(jù)實際參數(shù)完成模型材料的定義，并設(shè)置約束條件、邊界條件等，對圓環(huán)鏈與刮板輸送機(jī)主動鏈輪和從動鏈輪的接觸力進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)論如下頁圖2 所示。

圖2 中，不同的曲線分別代表鏈輪相鄰兩個齒的受力情況。如圖2-1 所示，圓環(huán)鏈與主動鏈輪在1.5 s時接觸，此時二者的接觸力瞬間增大至7.1 kN，經(jīng)過0.75 s 后二者之間的接觸力降為0，即實現(xiàn)了主動鏈輪與圓環(huán)鏈的嚙合接觸。如圖2-2 所示，圓環(huán)鏈與從動鏈輪在2.75 s 時接觸，二者接觸力變化曲線與主動鏈輪和圓環(huán)鏈接觸力的變化趨勢一致。

圖2 圓環(huán)鏈與主動、從動鏈輪的接觸力仿真結(jié)果

同時，圓環(huán)鏈與主動鏈輪和從動鏈輪完全接觸后，在初始啟動階段鏈輪所承受的載荷較大，并且在很短的時間內(nèi)達(dá)到了最大值[3]。通過仿真分析可知，在啟動階段鏈輪與圓環(huán)鏈之間的應(yīng)力值最大且為平穩(wěn)運行階段的2.3 倍，具體數(shù)值為8.53 MPa。

通過對刮板輸送機(jī)鏈傳動系統(tǒng)的動力學(xué)仿真分析可得出如下結(jié)論：

1）刮板輸送機(jī)鏈傳動系統(tǒng)在啟動瞬間，圓環(huán)鏈會承受非常大的載荷沖擊，與主動鏈輪和從動鏈輪之間的接觸力達(dá)到最大，并發(fā)生一定的變形。雖然，此種變形在合理范圍之內(nèi)，但是仍會對鏈傳動系統(tǒng)的使用壽命造成影響。隨著圓環(huán)鏈從緊邊運行至松邊，其所承受的載荷和振動情況表現(xiàn)為多邊效應(yīng)的交替變化。

2）當(dāng)圓環(huán)鏈從彎曲段向直線段過渡時，該部位承受的應(yīng)力最大，而且圓環(huán)鏈內(nèi)側(cè)應(yīng)力大于外側(cè)應(yīng)力。

2.2 刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈的有限元分析

刮板輸送機(jī)鏈傳動系統(tǒng)在作用過程中，各級圓環(huán)鏈相互接觸的特性也處于動態(tài)變化狀態(tài)。因此，本節(jié)基于ADAMS 軟件對圓環(huán)鏈的接觸非線性變化情況進(jìn)行仿真分析。建立各級圓環(huán)鏈的基礎(chǔ)模型，并在模型中對圓環(huán)鏈的材料屬性進(jìn)行設(shè)置，完成網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)計等操作后，重點對各級圓環(huán)鏈在實際工作中的應(yīng)力和變形進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果如圖3 所示。

如圖3-1 所示，各級圓環(huán)鏈接觸點的應(yīng)力處于動態(tài)變化情況，當(dāng)圓環(huán)鏈從彎曲段向直線段過渡時，圓環(huán)鏈之間的接觸應(yīng)力最大可到808.3 MPa，而且在被動端受到?jīng)_擊的應(yīng)力變化更明顯。如圖3-2 所示，右側(cè)圓環(huán)鏈的變形值最大，最大可到1.473 mm；最左側(cè)圓環(huán)鏈的變形值最小，為0.114 mm。

圖3 各級圓環(huán)鏈接觸非線性仿真結(jié)果

3 刮板輸送機(jī)鏈傳動系統(tǒng)的優(yōu)化建議

1）保證刮板輸送機(jī)鏈傳動系統(tǒng)的各級傳動鏈必須相互配對，一旦其中一級圓環(huán)鏈長度與其他圓環(huán)鏈不一致或不匹配，尺寸較小的圓環(huán)鏈將要承受更大的負(fù)載，從而影響整機(jī)的傳動效率。

2）在上述仿真結(jié)果分析的基礎(chǔ)上可知，圓環(huán)鏈從彎曲段向直線段過渡的位置應(yīng)力及變形最大，而且內(nèi)側(cè)的應(yīng)力值大于外側(cè)。因此，可重點對圓環(huán)鏈與刮板鏈嚙合的鏈窩處相關(guān)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，保證鏈傳動系統(tǒng)整體的強(qiáng)度和耐磨性，提升整機(jī)的傳動性能。

4 結(jié)論

1）在啟動階段鏈輪與圓環(huán)鏈之間的應(yīng)力值最大且為平穩(wěn)運行階段的2.3 倍，具體數(shù)值為8.53 MPa。

2）當(dāng)圓環(huán)鏈從彎曲段向直線段過渡時，此時的圓環(huán)鏈在該部位承受的應(yīng)力最大，而且圓環(huán)鏈內(nèi)側(cè)應(yīng)力大于外側(cè)應(yīng)力。

3）當(dāng)圓環(huán)鏈從彎曲段向直線段過渡時，圓環(huán)鏈之間的接觸應(yīng)力最大可到808.3 MPa。右側(cè)圓環(huán)鏈的變形值最大，最大可到1.473 mm；最左側(cè)圓環(huán)鏈的變形值最小，為0.114 mm。

4）鏈傳動系統(tǒng)必須保證各級圓環(huán)配對，今后重點對圓環(huán)鏈的鏈窩處尺寸進(jìn)行優(yōu)化。