MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 200No. 12, 2019
机械分析与设计 DOI:10.16525/j.cnki.cnl4-1134/th.2019.12.032
带式输送机驱动滚筒的优化研究
李红军
(大同煤矿集团公司四台矿，山西大同037000)
摘要:利用ANSYS仿真分析软件建立驱动滚筒在受力情况下的仿真分析模型，对冲击力作用下的输送机驱 动滚筒的应力和应变情况进行分析，并针对性地提出了结构优化方案。实际应用表明，优化后的驱动滚筒不仅 降低了自身结构质量，而且极大地加强了滚筒的结构强度，优化了应力分布情况，提升了输送机在运行过程中 的稳定性和安全性。
关键词：带式输送机驱动滚筒优化研究 ANSYS 中图分类号:TH222
文献标识码:A
文章编号：1 〇〇3-773X( 2019) 12-0072-02
引言
带式输送机作为一种结构简单、经济性好、运输
量大的设备，被广泛应用在煤炭生产企业的煤炭运 输中，确保了井下综采作业煤炭能够被及时运输到 指定位置。但随着输送机设备不断朝着长距离、高带 速、大运量方向发展，输送机在启动过程中受到的冲 击力不断增加，导致驱动滚筒出现受力变形、断裂等 问题，不仅对输送机的正常运行造成影响，而且也造 成了极大的安全隐患[1]。
1输送机驱动滚筒的三维建模
采用三维建模软件建立带式输送机驱动滚筒的 三维仿真分析模型，在实体建模的过程中采用了自 下而上的三维建模方案，仅建立与仿真分析密切相 关的驱动滚筒的传动轴和滚筒部分，其他部分进行 简化处理。在进行分析的时候，在滚筒和传动轴上施 加对应的冲击作用力即可，该建模方案既可以有效 缩短建模时间，又能确保仿真分析结果的准确性[2]。
三维建模完成后将其导入到ANSYS仿真分析 软件中，在进行网格划分时采用自由网格划分方案 和映射网格划分方案相结合的方式，自由网格划分 方案能够自动生产网格划分模型，同时自动控制各 个网格的大小和密度，因此在滚筒上采用自由网格 划分方案。映射网格划分方案[3]具有精度高的优点， 但数据分析速度相对较慢，因此在传动轴上采用映 射网格划分方案。
根据带式输送机的实际结构参数，对仿真分析 设置边界参数时，定义驱动滚筒的直径为1 700 mm,驱动滚筒的宽度为2 100 mm，滚筒的壁厚为35 mm，传动轴的长度为3 200 mm,传动轴和驱动滚筒
收稿日期:2019-10_28
作者简介：李红军（1981 —），男，本科，毕业于太原理工大学,工程师，主要从事煤矿机电管理工作。
两侧轴承的中心距离为2 180 mm,滚筒和传动轴相 连接处的壁厚为25 mm,带式输送机在启动时作用 在转轴上的最大扭矩约为340 kN^n,轴向力约为1 880 kN,作用在驱动滚筒上的最大的冲击力约为2 400 kN,网格划分后的带式输送机驱动滚筒的三维 结构模型如图1所示。
2驱动滚筒受力的仿真分析
在启动时输送带的动张力冲击作用下，驱动滚 筒的应力分布和应变分布如图2所示。
2-1滚筒应力(kN)分布云图2-2滚筒应变(mm)分布云图
图2
驱动滚筒应力和应变分布云图
由仿真分析结果可知，在输送带启动张力的冲 击作用下，驱动滚筒的最大应力约为35.57 kN，其最 大应力集中分布在驱动滚筒和外侧辅板接触的位 置，这主要是由于在输送带的冲击特性下，输送带对 驱动滚筒的外壁产生了一个巨大的挤压力的作用， 导致驱动滚筒受力发生一定的扭曲，受力位置处的 结构下凹，非受力结构处的结构外凸，导致驱动滚筒 发生变形，且其最大的变形量约为0.29 mm,其变形 分布呈现出从输送带作用位置向着四周慢慢增加的
2019年第12期李红军:带式输送机驱动滚筒的优化研究
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趋势，在接触位置的对面其形变达到恶劣最大值。
传动轴在受力作用下的应力分布和径向位移情
*
/_輊寘班
Z
.Z.0.87..66..46..26..06..8 6.5.
SEQV (AVG)
DMX =0.4187 SMN=I.J2014 SMX=94.072
3-1驱动轴应力(kN)分布云图
2
2
222222223
0.9.8.7.6.5.3.4.3. 3.
3456789 10
优化迭代次数
4-1滚筒质量变化曲线
1
0§0距离轴端位置/mm
3-2驱动轴中心沿轴向的位移曲线 图3
驱动轴的应力和应变分布情况
2
3
4
5
6
7
8
9
10
况如图3所示。
由仿真分析结果可知，在受力作用下驱动轴 的最大应力约为94.1 kN，主要分布在传动轴和驱 动滚筒接触的位置，主要是传动滚筒对传动轴的 挤压作用，在挤压作用下传动轴上的最大形变发 生在传动轴的中心位置，其最大位移量约为0.41 mm, 在长期应力冲击下驱动轴极易磨损和受力变形， 影响驱动滚筒的正常传动，给输送机的正常运行 带来影响。3
基于ANSYS的结构的优化设计根据仿真分析结果，利用ANSYS分析软件[«内
4
优化迭代次数
4-2滚筒应力变化曲线
图4
不同迭代次数下滚筒质量及应力变化情况
结论
1) 在输送带启动张力的冲击作用下，驱动滚筒
的最大应力约为35.57 kN,其最大应力集中分布在 驱动滚筒和外侧辅板接触的位置，最大的变形量约 为0.29 mm,其变形分布呈现出从输送带作用位置 向着四周慢慢增加的趋势。
2) 受力作用下驱动轴的最大应力约为94.1 kN, 主要分布在传动轴和驱动滚筒接触的位置，在挤压 作用下传动轴上的最大形变发生在传动轴的中心位 置，其最大位移量约为0.41 mm。
3)
优化后，动滚筒的结构质量降低了 30.2%,最
大应力降低了 33.7%,极大地提升了驱动滚筒在使 用过程中的安全性，而且降低了整体的结构质量，降 低了成本。
参考文献
[1] 王锐，荀兵.带式输送机滚筒胀套联接的接触应力及变形的有
限元分析[J].矿山机械,2011,39(丨1): 36-39.[2]
李晓丽.袁圆.基于COSMOS/Works的带式输送机传动滚筒的 有限元分析[J].煤矿机械,20丨0(9):95-96.
[3] 李佳,郑晓东，王雷，等.基于动态非线性模型的带式输送机滚
筒的有限元分析方法[J].煤矿机械,2008,29( 11) :55-58.[4]
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,2〇11(5):77-79.
的结构优化模块对其进行结构优化分析，以驱动滚
筒的总质量为优化目标参数，以驱动滚筒的传动轴 的直径、驱动滚筒的壁厚以及加强辅板的厚度为结 构优化变量，将优化过程中驱动滚筒及驱动轴的应 力和应变情况作为状态变量进行反复地优化迭代， 从而确定不同结构参数下对滚筒质量和受力情况的 影响，经过10次优化迭代后能够获得最佳的优化效 果，滚筒质量变化及应力变化曲线如图4所示。由优化结果可知，驱动滚筒的质量由最初的7.81 降低到了优化后的6.0 t，结构质量降低了 30.2%,驱 动滚筒在冲击力的作用下，最大应力由最初的30.0 kN降低到了优化后的23.6 lcN，最大应力降低了 33.7%,极大地提升了驱动滚筒在使用过程中的安全 性，而且降低了整体的结构质量,降低了成本。
(编辑：赵靖)(下转第155页)
2019年第丨2期贾晓伟:地面筒仓通风机节能降噪技术改造
• 155 •
表1
改造前后
改造前后风机运行参数统计表 对应瓦斯浓度大于0.5%
风机运行频率 风机运行功率
表3改造前后风机噪音分贝值统计表 筒仓顶部
筒仓底部
dB
/Hz505050505050504540353025
/kW
项目改造前改造后
仓库门口
14.4(双台电机）14.4(双台电机）14.4(双台电机）7.2(单台电机)7.2(单台电机)7.2(单台电机）
14.410.57.45.03.21.8
9575
8768
6854
0.4%~0.5%
改造前T.频运行
0.3%~0.4%0.2% 〜0.3%0.1 %〜0.2%小于0.1%大于0.5%
均降至80 dB以下，根据《煤炭安全规程》对局部通 风机周围噪音要达到85 dB以下的规定，改造后已 满足规程要求气
5结论
通过项目改造，筒仓周围噪音实测值在10 ~ 80 dB 范围内，有效改善了职工的工作环境；通过变频调 速技术节能率达到27%以上，电机实际功率15
kW，按一台风机每天运转24 h，每年工作182 d，电
0.4%〜0.5%
改造后变频运行
0.3%~0.4%0.2%~0.3%0.1 %〜0.2%小于0.1%
费1元/kWh,5台风机计算，节能率27%计算，则每 年可节省费用8.77万元，具有良好的经济效益和社 会效益。
参考文献
表2改造前后风机节能降耗统计表
瓦斯浓度改造前风机频率,ZVkW改造后风机频率，PAW节能率大于0.5%
14.414.414.47.27.27.2
14.410.57.45.03.21.8
0%27%
0.4%-0.5%0.3%〜0.4%0.2%〜0.3%0.1 % 〜0.2%小于0.1%
[1]
肖辉进，谷明汉.面向降噪的罗茨鼓风机设计[J].江西煤炭科
技，2_5): 27-28.
51%30%56%75%
[2] 张惠忠，张德强.超低噪声轴流通风机的研制[J].风机技术， 1998(4)：59-61.[3] 高文，唐东平，谢保良.670t/h锅炉引风机节能技术改造[J].煤 炭科学技术，2002( 1): 65-67.
(编辑：贾娟）
贝值对比如表3。
根据上表可以看出改造后筒仓周围噪音分贝值
Technical Reform of Energy Saving and Noise Reduction for Fans in Ground Silos
Jia Xiaowei
(Yuecheng Coal Mine of Qinxiu Company, Jincheng Shanxi 048000)
Abstract： Aiming at the problems of high noise and high energy consumption under the condition of silo fan operation, this paper puts forward the fan system transformation technology based on PLC frequency conversion technology, which can save energy and reduce noise by installing frequency converter in front of the fan and noise reduction grid at the fan outlet After field trial operation, the energy saving rate of the fan can reach 27% or more, and the noise of the silo can be reduced to less than 80 dB in the range of 5-20 meters, which meets the relevant requirements stipulated in the regulations.Key words： fan; energy-saving and noise reduction; PLC frequency conversion
(上接第73页）
Study on Optimization of Driving Roller of Belt Conveyor
Li Hongjun
(Datong Coal Mine Group Co., Ltd., Datong Shanxi 037000)
Abstract： The simulation analysis model of the driving roller under the stress condition is established by using the ANSYS simulation analysis software, and the stress and strain condition of the conveyor driven roller under the action of the impact force are analyzed, and the structural optimization scheme is put forward. The practical application shows that the optimized driving roller not only reduces the self-structure quality, but also greatly enhances the structural strength of the roller, optimizes the stress distribution, and improves the stability and the safety of the conveyor during operation.Key words： belt conveyor; drive roller; optimization research; ANSYS
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