一、啞鈴的受力分析
刮板輸送機中部槽之間靠啞鈴連接，允許輸送機沿縱向有一定量的移動，水平和垂直方向有一定量的偏轉(zhuǎn)。正常采煤作業(yè)時，采煤機騎在輸送機上，沿輸送機向一個方向前進(jìn)割煤，而在其后，輸送機在支架推力作用下向煤壁方向橫向推進(jìn)一個滾筒截深，即一個推進(jìn)步距，為采煤機反向割煤做準(zhǔn)備。在輸送機橫移過程中，開始由一節(jié)中部槽構(gòu)成小“S”彎，隨后發(fā)展擴大到由推移步距和輸送機自身結(jié)構(gòu)確定的一定節(jié)數(shù)的中部槽構(gòu)成的大“S”彎，形成彎曲段。
決定輸送機橫向推移彎曲段槽間連接受力的因素很多，如溜槽長度、槽間水平允許轉(zhuǎn)角、推移步距、橫向推移阻力和推溜架型等。在支架推移過程中，隨推移行程增大，彎曲段不斷加長，推移阻力也在增大，因而推移過程也是支架推力增大的過程，到達(dá)終點時支架對輸送機作用力最大，作用在彎曲段槽間連接啞鈴和槽幫啞鈴座上的力也達(dá)到最大，此時啞鈴受拉。將彎曲段上支架橫向推溜力產(chǎn)生的彎矩和橫向力與阻力產(chǎn)生的彎矩和橫向力疊加，就可以計算出彎曲段上槽間各連接點處的彎矩和橫向力。
二、實體模型的建立
以3×700kW的輸送機中部槽啞鈴為例，首先明確該零件的信息模型內(nèi)涵，并對特征進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計，然后利用PRO/E模塊提供的特征類型進(jìn)行建模。下面簡單介紹一下啞鈴的造型過程。
1)確定分模面和拔模斜度。由于啞鈴為鍛件，選擇合理的分模面是毛坯鍛造的第一步，所以造型過程也應(yīng)最先確定分模面和拔模斜度。
2)采用“旋轉(zhuǎn)”的方法，生成初樣模型。
3)采用“剪切材料”的方法，獲得所需要的特征。
4)采用“拔模”的方法，對需要拔模的面進(jìn)行拔模。
最終得到可以進(jìn)行分析的啞鈴實體模型，如圖2所示。
三、有限元的前處理
將上面的實體模型導(dǎo)入PRO/M模塊，進(jìn)行有限元分析的前置處理，步驟如下：
1)打開PRO/E模型，連接人PRO/M模塊。
2)在該模塊下定義模型的材料為30CrMnTi，ab=1450MP。
3)約束和載荷的確定：由于在實際工作中，啞鈴承受軸向拉力，兩端內(nèi)側(cè)是防止軸向移動的主要受力面，故可約束其一端，而在另一端內(nèi)側(cè)施加軸向載荷360t。
4)采用實體單元網(wǎng)格劃分模型，網(wǎng)格的生成以啞鈴的三維立體模型為基礎(chǔ)，PRO/M會根據(jù)選擇的單元類型自動劃分，處理數(shù)據(jù)如下：
Points： 572
Edges: 2637
Faces： 3640
Springs: 0
Masses： 0
Beams: O
Shells: 0
Solids: 1574
Elements： 1574
結(jié)果如圖3所示。
從上述數(shù)據(jù)可以看出，最大應(yīng)力值1258MPa，最大變形4.97mm，應(yīng)力集中處在啞鈴內(nèi)側(cè)與啞鈴座接觸部位，說明該啞鈴滿足使用要求，并能保證在異常情況下啞鈴座的安全。
五、疲勞分析
輸送機在移動過程中，每節(jié)中部槽上的兩個啞鈴一個受拉，另一個不受力。因此，啞鈴為脈動循環(huán)，即循環(huán)特性r=0。在循環(huán)載荷的反復(fù)作用下，每次應(yīng)力都會達(dá)到這一數(shù)值，這樣就形成了以啞鈴兩端受拉，放松，再受拉，再放松的情形。因此，在進(jìn)行分析時確定N=105為一個周次。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在啞鈴與啞鈴座接觸部位Confidence of life(該值越大，表明疲勞壽命可信度越高)系數(shù)最低，數(shù)值=1，如圖6所示，圖中發(fā)亮區(qū)域是疲勞段。而疲勞裂紋最先可能出現(xiàn)在啞鈴與啞鈴座接觸部位，即圖7中的發(fā)亮條紋，當(dāng)疲勞達(dá)到一定程度時，該處首先開始產(chǎn)生疲勞裂紋，進(jìn)而發(fā)生斷裂。目前世界范圍內(nèi)工作面走向長度最大在6000m左右，采煤機切割一次的推進(jìn)距離是0.85m。這樣，一個工作面下來啞鈴承受6000÷0.85=7056次循環(huán)作用力，而計算的壽命循環(huán)次數(shù)為10萬次，這樣足以保證安全使用周期。
六、結(jié)語
刮板輸送機的壽命一般是用中部槽在運煤磨損失效前的過煤量來衡量的，因而中部槽的槽問連接在輸送機的壽命期間內(nèi)不應(yīng)發(fā)生失效，以避免不應(yīng)有的壽命下降。中部槽的槽間連接失效往往發(fā)生在支架拉架特別是推溜時，過大的拉力造成啞鈴或啞鈴座的斷裂。準(zhǔn)確地分析研究啞鈴的強度、疲勞及變形，可為啞鈴及槽幫的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計提供設(shè)計依據(jù)。
