矿用带式输送机驱动轮滚筒的稳定性特征分析

张洪洲

（西山煤电股份有限公司 马兰矿，山西 古交 030205）

矿用带式输送机驱动轮滚筒的稳定性特征分析

张洪洲

（西山煤电股份有限公司 马兰矿，山西 古交 030205）

以国内某矿大巷带式输送机驱动轮为工程实际，利用理论分析和数值模拟结合手段，分析驱动轮工作时皮带和筒壁的变形及应力特征，模拟驱动轮和皮带间的摩擦挤压接触模式，较真实反映了皮带和滚筒的相互作用。研究结果表明：筒壁径向变形在平行于滚轴方向上中间大两边小；筒壁的径向应力集中在筒壁和辐板的连接处，最大值出现在30°处位置的筒壁和辐板的接触位置。研究成果可对同类条件下矿用带式输送机的优化设计提供依据。

矿用带式输送机；滚筒；稳定性特征；数值计算

我国煤矿生产中，带式输送机广泛用于采区的上下山、运输大巷、地面运输等场所[1-3]，较为方便、快捷。它可根据矿井储量，巷道长度、宽度、坡度等量身订做，并有输送距离长、连续运输、运输量大、布置灵活等优点。但是由于矿用环境恶劣、载荷分布不均、载荷波动大等特点，它会经常发生故障，一旦发生故障，将会影响煤矿安全生产，造成重大经济损失[4,5,7,8]。

带式输送机中的驱动轮是重要部件，驱动轮能否顺利正常运转及其寿命直接影响着输送机的正常工作。本文以国内某矿带式输送机驱动轮为研究对象，利用理论分析与数值计算结合手段，分析矿用带式输送机启动工况下的驱动轮滚筒的载荷分布、受力、变形特征，充分考虑皮带和滚筒的挤压和摩擦接触问题，皆在对于同类条件下的矿用带式输送机的优化设计提供依据。

1 驱动轮滚筒的理论分析

周向载荷分布规律：矿用带式输送机驱动轮工作时受到扭矩力，在输送带和滚筒之间存在挤压和摩擦力，输送带和滚筒分离的两端皮带上的张力，对滚筒轴心所产生的力矩等于外界输入的扭矩。滚筒表面沿环向和轴向的受力情况见图1[4]。筒壁沿轴线方向上径向的变形曲线见图2[4]。

2 驱动轮滚筒的数值模拟分析

2.1 数值计算模型的建立

图1 滚筒受力图

图2 筒壁沿轴线变形图

本文以国内某矿大巷带式输送机驱动轮为例，遵循数值计算大型模型建模原则，充分考虑皮带和滚筒筒壁挤压和摩擦的情况下[4-9]，建立输送带和滚筒的三维模型，其中滚筒直径1670mm，输送带宽度1400mm，驱动轮滚筒筒壁厚度38mm。其有限元数值分析模型，见图3。所用材料和力学参数如表1所示。

表1 数值计算中零件材料及力学参数表

图3 整体模型网格化分及边界条件多视角图

2.2 筒壁的变形分析

为了立体地直观地分析滚筒筒壁的位移变形分布规律，绘制了滚筒筒壁的径向位移云图。见图4，从图看出，筒壁径向位移从中央向两边逐渐减小，筒壁的最大径向位移出现在皮带和筒壁接触区域靠近皮带输入部位中央附近，其值约达0.1mm。

图4 筒壁的径向位移云图多视角图

图5 筒壁中央径向变形沿筒壁环向曲线

滚筒筒壁中央径向变形曲线，见图5，曲线30°处为皮带驶入滚筒点，180°处为皮带驶离滚筒点。滚筒筒壁的位移规律为：从皮带驶入点到驶离点，位移先急速增大，后较缓慢减小。理论分析筒壁变形时，由于简化较多，分析认为筒壁和皮带接触的驶入点为筒壁变形最大部位，而数值计算结果表明，筒壁的最大变形发生在角度约为30°的部位，这与实际情况基本吻合，克服了单纯的理论分析的不足。

2.3 筒壁的应力分析

为了立体地直观地分析滚筒筒壁的应力分布特征，绘制了滚筒筒壁的径向应力云图。见图6，从图看出，筒壁的径向应力较高部位都集中在筒壁和辐板的连接处，这是由于辐板对筒壁有支撑和挤压作用造成的，根据应力和变形关系确定，筒壁的径向应力最大值也应出现在前面坐标系30°处的筒壁和辐板的接触位置，其值大约4MPa。

图6 筒壁的径向应力云图多视角图

3 结束语

关于带式输送机的稳定性分析，前人做过大量研究工作，理论分析简化太多，数值计算较少反映皮带和滚筒的挤压+摩擦式接触。本文以国内某矿大巷带式输送机驱动轮为工程实际，通过分析滚筒的受力和变形特征，利用数值计算模拟驱动轮和皮带间的摩擦挤压接触模式，较真实地反映了皮带和滚筒的相互作用。研究结果表明：筒壁径向变形在平行于滚轴方向是中间大两边小；筒壁的径向应力区域集中在筒壁和辐板的连接处，最大值出现在30°处筒壁和辐板的接触位置。

[1] 汝长青，张宇晨.长距离大运量带式输送机的研究[J].煤炭工程，2011(12):112-114.

[2] 吴显辉，徐鹏，李荣德.矿用带式输送机常见故障分析及处理[J].科技信息，2011(27):847.

[3] 毛华晋，廉自生，顾惠君.带式输送机驱动滚筒的有限元分析[J].煤矿机械，2011，32(70):77-79.

[4] 席平原，申屠留芳.用神经网络的带式输送机启动过程有限元分析[J].2007，26(10):761-764.

[5] 谢加保，郭永存，胡坤.带式输送机大扭矩传动滚筒的有限元分析及优化设计[J].起重运输机械,2009(1):21-24.

[6] 余以道,王建,王克喜.带式输送机特大型滚筒的有限元分析[J].煤炭科学技术,2009,37(5):68-71.

[7] 李佳,郑晓东,王雷，等.基于动态非线性模型的带式输送机滚筒有限元分析方法[J].煤矿机械,2008,29(11):55-58.

[8] 聂文杰，薛河,刘金依.带式输送机驱动端胶带的非线性力学分析[J].煤矿设计，2001(5):24-26.

[9] 肖林京，隋秀华，苗德俊.基于ANSYS的带式输送机传动滚筒疲劳寿命分析研究[J].煤矿机械，2008，29(11):28-30.

Stability Features of Driving Wheel Cylinder of Belt Conveyer inmines

ZHANG Hong-zhou
(Malanmine,Xishan Coal and Electricity Co.,Gujiao Shanxi 030205)

Taking driving wheel of belt conveyor as engineering practice,theoretical analysis and numerical simulation were combined to study deformation and stress of belt and cylinder wall at work.The simulation of friction,extrusion,and contact patterns reflected the interaction between the driving wheel and the belt.The results showed that radial deformation of the cylinder wall was big in themiddle and small at both ends in parallel to the roller direction.The radial stress focused on the joint of the cylinder wall and the wheel discs and themaximum stress appeared at the 30degree position.The findings could provide a foundation for optimizing belt conveyor design in the similarmines.

belt conveyor;cylinder;stability features;numeric calculation

TD528.1

A

1672-5050（2012）10-0049-03

2012-05-13

张洪洲（1966—），男，河北宁晋人，大学本科，工程师，从事煤矿运输的管理工作。

樊 敏