刮板輸送機鏈輪疲勞壽命分析

馮金水，李建華

（山西煤礦機械制造有限責任公司，山西 太原 030031）

刮板輸送機鏈輪疲勞壽命分析

馮金水，李建華

（山西煤礦機械制造有限責任公司，山西 太原 030031）

運用有限元分析軟件U G，對刮板輸送機的重要部件鏈輪進行疲勞壽命分析，得到了疲勞安全因數和啟動10s內的應力應變圖。其分析結果為刮板輸送機的可靠性工程質量分析提供了理論基礎。

鏈輪；U G有限元；疲勞壽命分析

刮板輸送機鏈輪是傳動系統(tǒng)中重要的機械部件，由于井下工作條件惡劣，設備更換維修困難，因而，可靠性對于刮板輸送機的使用具有重要意義。基于結構裂紋損傷積累原理進行疲勞壽命計算，可以根據材料的S-N曲線圖或E-N曲線來估計該零件的疲勞壽命。

應力安全因子(S Tr e s s S a Fe Ty Fa c To r，S S F)，是用于衡量零件的總體強度，由應力準則除以某一應力類型的有效值計算得到（標量）。有效應力選用V o n-M i s e s類型。疲勞安全因子（Fa Ti g u eS a Fe Ty Fa c To r，FS F）由疲勞應力準則除以應力幅值得到（標量）。

1 鏈輪有限元模型的建立

見圖1和表1。實體模型采用U G軟件，鏈輪參數如下：鏈輪齒數N=7；鏈環(huán)公稱直徑d=48；圓環(huán)鏈公稱節(jié)距p=152；取鏈環(huán)48×152；鏈輪輪軸直徑R。所以：

（1）節(jié)圓直徑：

（2）頂圓直徑：

D11=D0+2d=784.

（3）鏈輪中心至鏈窩底平面高度：

圖1 三維實體模型

表1 鏈輪材料參數

見圖2。使用N X_n a s Tr a n進行網格劃分，類型3D，C TE TR A(4)，單元大小38.2m m，劃分規(guī)則以軸對稱為主，必要時對鏈輪進行分組，然后進行單元點對點連接，否則分析結果與實際情況會有較大誤差。單元節(jié)點總數為3851，四面體單元數為13667。

2 有限元分析

鏈輪所承受載荷作用的應力為S，零件強度為δ，且概率密度函數分別為f(S)和g(δ).失效概率為

圖2 網格劃分

利用E d g w o r Th級數展開式，得到機械零件強度失

效概率近似計算表達式

運用威布爾分布，概率分布函數為

均值、標準差、偏度和峰度分別為

3 加載約束及載荷分析

3.1 載荷分析

重力，y軸負方向，9810m m·s e c^2。離心角速度280°/s e c，鏈輪載荷分析數據，見表2。

3.2 約束

對鏈輪花鍵連接處，施加約束。

3.3 解算

應力、應變、結構疲勞、疲勞因子分布如圖3～圖7和表3所示。

4 額定壽命與工況條件下有限元分析差異

表2 鏈輪載荷 /k N

圖3 應力圖

圖4 應變圖

圖5 結構疲勞位置

圖6 疲勞因子分布

圖7 發(fā)生疲勞位置圖

表3 疲勞壽命最低的20個點疲勞安全因子及位置

刮板輸送機鏈輪設計過煤量為6M t，換算成鏈輪應力循環(huán)次數為8000000次。

模型有限元分析疲勞安全因子隨循環(huán)次數變化，見圖8。

圖8 疲勞安全因子隨循環(huán)次數變化

誤差及其分析原因有1）約束，扭矩之間對應關系設定存在誤差；2）網格劃分分析結果可靠性為85.752%；3）實際運行過程中，鏈輪鏈窩處受力出現峰值(實際生產發(fā)生過載)。

5 結論

通過基于U G的有限元疲勞壽命分析結果可以看出，鏈輪的鏈窩處將發(fā)生應力集中及疲勞破壞，其可靠性疲勞壽命分析結果與實際有較好的一致性，可以用于現場的鏈輪壽命估算。

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Fatigue Life Analysis on Sprockets oFScraper Conveyor

FEN Jin-shui,LI Jian-hua

（Shanxi Coal Mining Machinery Manufacture Co., LTD, Taiyuan Shanxi 030031）

Finite element analysis software UG was used in fatigue life study on sprockets of scraper conveyor. The fatigue safety factor and stress-strain diagram in 10 seconds of start-up were achieved, which laid the foundation for quality analysis on the reliability engineering of the scraper conveyor.

sprocket; UG finite element; fatigue life analysis

TD 822+.3

A

1672-5050（2011）10-0042-03

2011-09-19

馮金水（1950—），男，山西高平人，碩士，高級工程師，從事煤礦機械的設計與開發(fā)工作。

劉新光