梁宝林1，李 军1，朱殿瑞2
（1．霍州煤电集团吕梁山煤电公司方山县店坪煤矿，山西 吕梁 033100;2．太原重工轧钢设备分公司，山西 太原 030024）
摘要：依据某型号刮板输送机销轨实际尺寸，应用Pro/E三维建模软件对销轨进行实体建模，通过中间格式把三维模型导入有限元分析软件ANSYS Workbench中对销轨进行有限元静力学分析。由于销轨受力情况复杂，对不同作用力下销轨的应力与应变进行分析。分析结果表明：应力与应变随作用力的增大而增大，基本成线性关系，销轨具有较高的强度系数，可以保证销轨的可靠性以及寿命要求。
关键词：刮板输送机；销轨；ANSYS;分析m中图分类号：TP391.7：TD63+.4.2
0引言
刮板输送机是煤矿井下的主要运输设备，是采煤机的运行轨道和液压支架的推移支撑，综采技术的发展对刮板输送机提出了更高的要求，高产、高效和少故障率成为刮板输送机的发展方向。
销轨是刮板输送机中的重要零部件，它通过销孔与轨座进行联接，在工作过程中主要受到采煤机在截割煤层时的截割反力的作用，反力越大销轨受到的作用力就越大，当作用力超过销轨能够承受的极限应力后就会使销轨失效。研究表明：销轨的主要失效形式有断裂、齿形变形等。由于刮板输送机的工作环境非常恶劣，在工作过程中销轨处于酸性以及煤泥等物质中，使用一定时间后销轨的生锈、腐蚀现象极为严重，所以对销轨进行受力分析、强度校核是很有必要的。
本文主要对采煤机在刮板输送机上运行时可能导致的齿轨断裂、变形、应力集中等问题进行研究，由于销轨受力复杂，外界干扰因素较多，故对销轨在不同受力情况下进行有限元分析。
1销轨模型的建立
该型号刮板输送机销轨由126 mm节距六齿销排组成，根据刮板机和销轨说明书中的实际尺寸，运用三维软件Pro/E建立齿轨实体模型，为简化计算模型、减少分析计算时间、提高分析效率，忽略一些不影响分析结果的倒角、厂标等，建模后另存为中间格式导入ANSYS Workbench有限元分析软件中。销轨的几何模型如图1所示。
2 有限元分析
2.1 定义材料属性
齿轨参数在ANSYS中设置，材料为40CrMnMo，查阅相关资料得知销轨材料的抗拉强度σb=650 M Pa，屈服强度σs=430 M Pa，弹性模量为206G Pa，泊松比为0.3，密度为7 900 kg/m3。
2.2 网格划分
采用四面体单元，销轨整体采用系统默认的自由网格划分，有限元网格模型的节点数为41 898个，单元数为24 756个。销轨的网格划分模型如图2所示。
2.3 约束条件及施加载荷
在实际工况下，销轨通过销轴穿入销孔与轨座联接，所以本文对销轨的顶面与其中一销孔采用固定约束，对另一孔施加X方向的作用力F。F由下式计算：F=P/v.
其中：P为牵引电机功率；v为行走速度。
该型号采煤机的功率为1 000 kW，牵引电机功率为45 kW，行走速度为5 m/min～9 m／min，本例计算行走速度取6 m／min。
将相关参数代入式(1)，计算得F=450 k N。齿轨与行走轮啮合时，沿啮合线作用在销齿面上的法向牵引力垂直于销齿面。根据经验统计，采煤机牵引力为牵引电机功率下牵引力的0.5倍，所以选取作用力沿X方向大小为225 k N 。施加载荷和边界条件后的模型如图3所示。
2.4 后处理
用有限元软件ANSYS计算在该作用力下销轨的变形和应力，得到的销轨的应力云图和应变云图如图4和图5所示。可以看出销轨在X向作用力为225 k N情况下的最大应力σmax= 181 M Pa，最大变形δmax=0.135 mm。
3参数化设计
由于销轨实际受力情况复杂，采煤机的反作用力随着工况的不同而改变，所以有必要对销轨的作用力添加一区间力，以了解在某特定力作用下销轨的应力与应变情况。本文选择对X向添加200 k N～300 k N区间中5组受力情况下销轨的应力与变形进行研究，得到的最大应力和最大变形如表1所示。不同受力情况下销轨的应力曲线如图6所示。
4结论
通过对销轨施加不同大小的作用力进行研究，结果表明在不同作用力下销轨的应力与应变变化明显，都随着作用力的增大而增大，基本成线性关系。计算得到的最大应力小于材料极限应力，说明销轨强度满足使用要求。采用有限元分析软件ANSYS Workbench可以方便快捷地对齿轨进行有限元分析和计算，计算结果为后期的销轨的改进设计优化提供了理论依据。
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