卷带装置的有限元分析及心轴的优化设计.pdf

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1、卷带装置的有限元分析及心轴的优化设计王希章神华新街能源设备管理中心鄂尔多斯017000摘要：卷带装置是可伸缩带式输送机的关键装置，为研究其工作过程中的应力应变特性，采用有限元分析软件Ansys对神华新街台格庙矿区一号井掘进所采用的卷带装置进行了分析，在此基础上对卷带装置的重要零件心轴进行了结构优化设计。结果表明，所设计的卷带装置工作过程中的应力、应变值在许用范围内，最危险区域安全系数也大于2，完全能满足使用要求；优化后的心轴结构尺寸减小了20％左右，但力学特性仍能满足使用要求。研究结果为整个卷带装置的进一步优化设计提供了理论参考。

2、关键词：卷带装置；有限元分析；优化设计；心轴中图分类号：TH222文献标识码：A文章编号：1001—0785(2013)09—0011—07Abstract：Windingdeviceisimportanttotheextension—typebeltcon’veyer．Tostudythestress-straincharacteristicsduringworkingprocess，thefiniteelementanalysissoftwareAnsysisadoptedforanalysisofthewindingdevi

3、ceusedfortunnelingofNo．1wellintheTaigemiaominelotatShenhuaXinStreet，withstructuraloptimaldesignformandrelsofkeypartsofthewindingdevice．Theresultshowsthatthesafetyfactorishigherthan2inmostdangerousareasincasethestressandstrainvaluesarewithintheallowablescopeduringworki

4、ngofthedesignedwindingdevice，whichcantotallymeettheuserequirement；theoptimizedmandrelsizereducesby2O％orso，butthemechanicspropertyisstillqualified．Thea—bove—mentionedstudyresultcanprovidetheoreticalreferenceforfurtheroptlmaldesign．Keywords：windingdevice；finiteelementan

5、alysis；optimaldesign；mandrel心轴是卷带装置最重要的组成部分之一，在0前言工作过程中它承受了很大一部分的卷带张力以及神华集团拟新建的新街矿区，井田面积胶带的重力，图1是卷带装置工作示意图，从图737．71km，普查储量138亿t，煤层平均埋深约中可以看出在支架两侧还分别设置了两个液压缸600—1000Ill，是一个整装的优质煤田，利于建设支撑，这一设计既减轻了心轴所承受的弯矩，又特大型矿井群。神华新街公司根据地层条件的适可以调节滚筒水平夹角，保证胶带的整齐缠绕。应性，以及生产能力、投资造价、运营成本、工储

6、带仓中的胶带一端与卷带滚筒相连，一端由固程量等，针对矿井开拓方式等问题，进行了反复定夹带装置固定，卷带所需的张紧力要远远小于调研和充分论证，确定采用TBM(TunnelBoring带式输送机正常工作时的胶带张力。Machine)工法进行斜井施工，主辅运输均采用6。缓坡斜井。施工过程中，隧道掘进机TBM采下的物料通过可伸缩带式输送机运出，随着掘进工作的推进，带式输送机要随TBM的前进而伸长，为提高工作效率，对卷带装置的性能提出了较高的要求。本文主要对该工程中可伸缩带式输送机所图1卷带装置工作示意图采用的卷带装置进行了有限元分析，并对

7、心轴进行了优化设计，以更好地满足工程需要。江苏省科技支撑计划项目(2Ol1046)《起重运输机械》2013(9)按照实际需要对线段进行网格划分，最后通过扫分析，通过Ansys的Postl通用后处理器可以方便掠的方法完成整体的有限元模型的建立。地显示正常工作时心轴的应力、位移分布云图。4．2载荷的施加图15表示3种位置中的最大应力、位移云图，此卷带装置工作过程中，轴承受径向和轴向两时卷带滚筒处于最高位置。个方向的载荷，其中轴向力主要由推力球轴承承受，作用在轴肩处，对轴的整体稳定性影响较小，由于心轴长度较长，由强度理论式(1)和式(2

8、)可知，轴径d对轴的应力影响较大，轴径减小一倍，则应力值增加8倍。施加载荷时，由于轴的载荷主要由轴承传递，因此将计算出来的载荷转换为面载荷施加到接触表面上进行求解，这样既符合实际情况，又避免了施加集中载荷时造成的局部应力集中。由于轴固定于支座上，因