带式输送机输送带钢丝绳芯安全影响因素的研究_冀鹏飞.pdf

带式输送机输送带钢丝绳芯安全影响因素的研究冀鹏飞1，2（1.中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，山西太原030051；2.煤矿采掘机械装备国家工程实验室，山西太原030051）摘要：带式输送机在进行物料输送中多采用钢丝绳芯输送带，在长期的使用过程中，容易产生钢丝绳芯抽出断带的危险，造成安全事故。针对输送带使用的钢丝绳芯的安全使用性能，采用有限元分析的方式对不同的影响因素作用进行分析，建立了输送带分析的有限元模型，并对钢丝绳长度、钢丝绳直径和橡胶层厚度三种影响因素的作用进行分析，从而为带式输送机输送带的安全使用提供参考。关键词：带式输送机输送带钢丝绳芯抽出力安全仿真分析中图分类号：TD528.1文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0063-02引言带式输送机是进行物料输送的设备，具有运量大、输送平稳、输送效率高的特点，适用于对散装物料进行输送，在矿井、港口、电力等行业具有广泛的应用。带式输送机采用钢丝绳芯输送带作为主要的承载及输送部件1，钢丝在输送带中通过橡胶进行包覆，在长期的使用过程中，由于承受的载荷较大，容易产生钢丝的抽出滑动现象，造成输送带的断带，影响带式输送机的正常使用2，降低工作效率，且对带式输送机的安全使用造成影响。钢丝输送带的安全使用性能受到多种因素的影响，采用有限元仿真的形式对不同因素的影响作用进行分析，从而建立带式输送机安全使用的参数设置规则3，保证钢丝输送带的安全使用，为输送带的设计使用提供参考。1钢丝绳芯输送带分析模型的建立采用有限元分析软件 Solidworks Simulation 进行钢丝绳芯输送带的分析，Solidworks Simulation 具有丰富的材料库，可以对各种线性及非线性问题进行求解4，在工程分析中具有广泛的应用。带式输送机使用的输送带多采用钢丝绳芯外包覆橡胶的形式，输送带在承载的过程中钢丝绳芯的抽出力大小即可作为对输送带使用安全性的评价参数，钢丝绳芯所需的抽出力越大，则表明输送带的承载能力越强，安全性越高。以带式输送机使用的 ST630 型输送带为例，对一定长度的输送带钢丝绳芯的抽出力进行分析，针对单根钢丝绳芯的结构进行分析5，为降低网格划分及分析的难度，采用圆柱体的形式代替细小钢丝扭转形成的钢丝绳芯，对模型进行简化处理，建立输送带单根钢丝绳芯包覆橡胶的模型如图 1 所示。在图 1 所示的模型中对输送带进行网格划分，并进行材料区域的定义，输送带模型的中间位置为钢丝绳芯6，周边为上下覆盖的橡胶层，两者之间的黏接层为失效单元，其中失效单元表示钢丝绳芯与橡胶之间的黏接作用力关系，将失效单元的材料看作与钢丝绳芯一致，并具有一定的弹塑性7。输送带使用的钢丝绳芯为线弹性材料，弹性模量为 210 GPa，泊松比为 0.28，钢丝绳相对橡胶材质的变形量较小，可以忽略处理，将钢丝绳芯看作刚体进行分析，将使用的橡胶材料看作各向同性材质。采用结构化网格的形式对输送带进行网格划分，对于输送带模型，对失效单元的网格进行一定的细化处理，对包覆的橡胶层采用六面体网格的形式8，得到钢丝绳芯输送带的网格划分模型。对输送带的模型进行一端加载力的设置，其侧面及另一端采用固定约束，加载端对钢丝绳施加强制位移，从而将钢丝绳芯抽出，对其抽出力进行统计分析。2不同影响因素对钢丝输送带安全的作用分析2.1钢丝绳长度的影响作用分析在输送带使用的过程中，钢丝绳的长度越长，则与橡胶层之间的接触越多，其进行抽出所需的作用力越大。设定输送带的长度为 50100 mm 之间对输送带的抽出力进行分析，得到抽出力随输送带长度的变化曲线如下页图 2 所示。从下页图 2 中可以看出，钢丝绳芯的抽出力随着长度的增加呈近似线性增加的趋势，对仿真分析得到收稿日期：2022-08-01作者简介：冀鹏飞（1987），男，陕西渭南人，硕士研究生，毕业于太原理工大学，副研究员，研究方向为矿用装备电液比例控制技术。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.024图 1输送带钢丝绳芯模型橡胶失效单元钢丝绳试验研究机械管理开发第 38 卷的数值可进行拟合9，得到抽出力与输送带长度之间的关系式为：F=4 349+74.4l（l0）.式中：F 为钢丝绳的抽出力，N；l 为输送带钢丝绳的变化量，mm。通过上述的分析可知，在分析过程中钢丝绳芯与上下层橡胶之间的黏合强度一致10，从而钢丝绳的长度与抽出力之间呈线性关系，分析过程准确可靠。2.2钢丝绳直径的影响作用分析在输送带使用的过程中，ST630 输送带的钢丝绳标准直径为 30 mm，钢丝绳直径的不同对橡胶层之间的接触具有重要的影响作用11。针对不同直径钢丝绳的抽出力变化进行分析，选取钢丝绳的长度为 50mm，直径为 2.04.5 mm 之间分布，对输送带的抽出力进行分析，得到抽出力随输送带钢丝绳直径的变化曲线如图 3 所示。从图 3 中可以看出，钢丝绳芯直径对抽出力的影响较大，抽出力随着直径的增加呈近似线性增加的趋势，对仿真分析得到的数值可进行拟合，得到抽出力与钢丝绳芯直径之间的关系式为：F=2 298+1 943d（0d1.5）式中：F 为钢丝绳的抽出力，N；d 为输送带钢丝绳直径方向的变化量，mm。通过上述的分析可知，在钢丝绳直径增加的过程中，抽出力的增加量呈逐渐减小的趋势，这说明改变钢丝绳的直径可以较好地改善输送带的承载能力及使用安全性，但钢丝绳芯直径并不是越大越好12，选择 3.5 mm 直径的钢丝绳芯可以满足较大的承载需求，且具有较好的经济性能。2.3橡胶层厚度的影响作用分析在输送带使用的过程中，ST630 输送带的标准的橡胶层厚度为 5 mm，针对不同橡胶层厚度对钢丝绳抽出力影响进行分析，选取钢丝绳的长度为 50 mm，直径为 3.5 mm，包覆的橡胶层厚度为 47 mm 之间分布，对输送带的抽出力进行分析，得到抽出力随输送带橡胶层厚度的变化曲线如图 4 所示。从图 4 中可以看出，在橡胶层厚度增加的过程中，在 45 mm 之间增加时，输送带抽出力急剧增加，当橡胶层厚度继续增加时，则输送带抽出力呈缓慢增加的趋势，抽出力的变化范围不大，此时继续增加橡胶层的厚度对抽出力的影响不大，5 mm 的橡胶层厚度为最经济合理的参数。通过上述的分析可知，橡胶层厚度对输送带抽出力的影响作用不大，在常规使用的厚度下，橡胶层厚度对输送带的承载性能及使用安全影响较小，可以选择较为经济的橡胶层厚度减小输送带的生产成本。3结论1）带式输送机使用的钢丝绳芯输送带在长期使用过程中存在着一定的抽出断带风险，采用 Solid-works Simulation 有限元的方式对输送带的抽出力进行分析，建立输送带的有限元分析模型。2）对不同长度的输送带抽出力进行分析，得到钢丝绳的长度与抽出力之间呈线性关系，并建立了两者之间的线性方程。3）对不同钢丝绳芯直径的输送带抽出力进行分析，得到钢丝绳芯直径与抽出力之间呈线性关系，并建立了两者之间的线性方程。4）对不同橡胶层厚度的输送带抽出力进行分析，得到橡胶层厚度对输送带抽出力的影响较小，可选择较为经济的橡胶层厚度。参考文献1邵鹏峰.矿用带式输送机关键部件悬垂度分析与数值模拟J.机械研究与应用，2022，35（3）：151-153.图 2不同长度钢丝绳芯对抽出力的影响曲线图 3不同直径钢丝绳芯对抽出力的影响曲线图 4不同橡胶层厚度对抽出力的影响曲线8 0007 0006 0005 0004 0005060708090100长度/mm抽出力/N6 0005 0004 0003 0002 000抽出力/N2.02.53.03.54.04.55.0直径/mm4 6004 4004 2004 0003 8003 600抽出力/N4.04.55.05.56.06.57.07.5橡胶厚度/mm（下转第 68 页）64机械管理开发第 38 卷参考文献1陈宇姗，韩伟，刘楚生，等.电动汽车电机壳螺旋砂芯射芯机控制系统设计J.铸造，2019，68（11）：1 261-1 265.2陈剑钦，张东升，杨王杰，等.水冷机壳螺旋砂芯机器人手爪夹具的设计J.机械管理开发，2021，36（7）：1-2.3池浩田，高波，安建飞.低压铸造机坩埚式保温炉热力耦合分析J.机械管理开发，2021，36（9）：49-51；92.4刘楚生，韩伟，黄凌森，等.电动汽车水冷机壳热芯盒电加热温度控制系统设计J.铸造技术，2017，38（12）：3 009-3 012；3020.5李存荣，彭磊.基于两化融合的产品生产过程控制及质量追溯J.现代制造工程，2020，42（3）：33-38.6韩伟，刘楚生，陈晓斌，等.铝合金机壳低压铸造型芯感应加热研究及应用J.特种铸造及有色合金，2019，39（5）：568-572.7刘楚生，韩伟，陈晓斌，等.电动机机壳低压铸造模温系统设计J.现代制造工程，2019（6）：103-106.8韩伟，段海峰，童洲，等.电动客车水冷机壳低压铸造工艺设计与优化J.特种铸造及有色合金，2020，40（8）：857-860.（编辑：李俊慧）Research on Quality Tracking and Technical Improvement of Low Pressure Casting ofWater-cooled CasingYang An1,Chen Xiaobin2,Yan Jian2,Huang Zeping2（1.Guizhou Lanhui New Material Co.,Ltd.,Zunyi Guizhou 563000;2.Guangzhou City University ofTechnology,College of Mechanical Engineering,Guangzhou Guangdong 510800）Abstract:Aiming at the quality problems of low pressure casting caused by the large volume proportion of the spiral water jacket sand corein the water-cooled casing of the new energy vehicle and the uneven wall thickness;The reasons for the defects of low-pressure casting ofaluminum alloy with water-cooled casing were analyzed;the core box mold structure prepared by spiral sand core was improved,and thebalanced heating and curing process of the sand core was designed through finite element analysis to enhance the strength of the sand coreand improve the production efficiency.Through modern two-dimensional code information technology,a unique barcode is set in the spiralsand core production stage,and the bar code information data is used to record and track the spiral sand core manufacturing process.Adatabase of corresponding records is formed between