劉海英

摘 要：利用VB建立參數(shù)輸入界面，通過在VB中啟動(dòng)ANSYS和實(shí)現(xiàn)在ANSYS進(jìn)行建模，加載載荷邊界條件，計(jì)算和輸出分析的結(jié)果，最后總結(jié)出一種開發(fā)刮板機(jī)圓環(huán)鏈參數(shù)化建模與分析軟件的方法。

關(guān)鍵詞：ANSYS VB 圓環(huán)鏈

中圖分類號(hào)：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）06（b）-0005-02

在煤炭生產(chǎn)的綜合機(jī)械化采煤工作面，刮板機(jī)承擔(dān)著井下運(yùn)煤的重任，其刮板輸送鏈?zhǔn)枪伟鍣C(jī)的關(guān)鍵部件，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，斷鏈?zhǔn)鹿收脊伟鍣C(jī)事故的50%以上，性能的優(yōu)劣直接決定刮板機(jī)能否正常驅(qū)動(dòng)和運(yùn)煤。因此，設(shè)計(jì)不僅具有良好的經(jīng)濟(jì)型還具有足夠的強(qiáng)度的刮板輸送鏈成為刮板機(jī)生產(chǎn)行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，刮板機(jī)鏈輪軸的設(shè)計(jì)主要建立在經(jīng)驗(yàn)之上，這是因?yàn)檫M(jìn)行人工計(jì)算的耗時(shí)耗力較大，部分公司采用ANSYS分析，但是由于ANSYS軟件本身要求使用者有一定的軟件使用技能，而且為了尋找到一種最右結(jié)構(gòu)，在之前通常要進(jìn)行大量重實(shí)驗(yàn)性的復(fù)計(jì)算，耗時(shí)費(fèi)力，設(shè)計(jì)成本高。本文探索了使用高級(jí)語言VB調(diào)用權(quán)威分析軟件ANSYS的方法，結(jié)合APDL語言開發(fā)出了專用軟件來解決這一難題。

1 分析對(duì)象

本文分析對(duì)象為某型號(hào)刮板機(jī)圓環(huán)鏈。刮板機(jī)輸送鏈的基本組成見圖1。

由于這種形式的傳動(dòng)鏈具有較好的耐受沖擊載荷和排污功能，應(yīng)用越來越受到重視，因此，本文研究對(duì)象是圓環(huán)鏈部件。

2.2 VB界面設(shè)計(jì)

VB界面分為幾何參數(shù)區(qū)域、載荷參數(shù)區(qū)域和計(jì)算設(shè)置區(qū)域。根據(jù)要求，在幾何參數(shù)區(qū)域中需要設(shè)置圓環(huán)鏈長(zhǎng)度、兩端圓弧半徑和截面直徑參數(shù)。在載荷區(qū)域中設(shè)置負(fù)載拉力和必要的材質(zhì)屬性，在計(jì)算設(shè)置區(qū)域設(shè)置網(wǎng)格大小。如圖2所示。

3 ANSYS中的力學(xué)模型確定

由于研究問題是刮板機(jī)圓環(huán)鏈接觸強(qiáng)度，所以這里只考慮兩個(gè)連接在一起的圓環(huán)鏈的一個(gè)接觸部位，其余簡(jiǎn)化建模，在去除次要矛盾保留主要矛盾的研究原則下做如下簡(jiǎn)化：（1）不考慮接觸區(qū)域雜質(zhì)、油污或煤渣的影響；（2）模擬圓環(huán)鏈對(duì)的接觸，將其中一環(huán)固定；（3）由于圓環(huán)鏈的直邊臺(tái)階對(duì)圓環(huán)鏈接觸應(yīng)力分布影響較小，為方便三維建模及劃分網(wǎng)格，將其忽略不計(jì)；（4）暫不考慮圓環(huán)鏈材料的塑性變形，假定圓環(huán)鏈的變形在彈性變形范圍之內(nèi)。

為了模擬鏈環(huán)工作，將兩鏈環(huán)接觸部位建立接觸對(duì)，在鏈環(huán)的末端施加與工程要求大小相等方向相反的載荷，同時(shí)約束界面上的所有節(jié)點(diǎn)只具有鏈環(huán)拉伸方向的自由度。圓環(huán)鏈的材料為23MnCrNiMo，相應(yīng)的材料參數(shù)為：彈性模量E=200 GPa，泊松比μ=0.3。圓環(huán)鏈的網(wǎng)格劃分采用solid186實(shí)體單元。

在完成所有工作之后，運(yùn)用某型號(hào)刮板機(jī)φ34×126型圓環(huán)鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行了軟件的聯(lián)合測(cè)試，最終得到分析結(jié)果，如圖3所示。

從圖中可看到，在兩個(gè)圓環(huán)鏈接觸部位的中心區(qū)域應(yīng)力最大，最大值為62.4 Mpa，通過更改VB中橫截面直徑等參數(shù)，可方便的重復(fù)進(jìn)行計(jì)算，在滿足結(jié)構(gòu)要求范圍內(nèi)可通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)和材質(zhì)參數(shù)達(dá)到最大限度的降低此區(qū)域應(yīng)力值，從而提高對(duì)鏈輪軸優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)水平。

5 結(jié)語

ANSYS的APDL命令流為參數(shù)化建模和計(jì)算提供了保證，再結(jié)合運(yùn)用VB的豐富的函數(shù)調(diào)用指令可以開發(fā)出本文的專用領(lǐng)域的專用軟件。在該思想指導(dǎo)下開發(fā)的專業(yè)軟件可提高刮板機(jī)關(guān)鍵零件—圓環(huán)鏈設(shè)計(jì)效率，并為設(shè)計(jì)具有更高可靠性和更好經(jīng)濟(jì)效益的刮板輸送鏈提供了新的設(shè)計(jì)工具。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫福群.刮板輸送機(jī)斷鏈故障分析[J].陜西煤炭，2004（4）：24-25.

[2] 吳鵬，曾紅，韓邁.基于ANSYS的二次開發(fā)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（10）.

[3] 張國瑞.有限元法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[4] 張洪信.有限元基礎(chǔ)理論與ANSYS應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006（2）.endprint

摘 要：利用VB建立參數(shù)輸入界面，通過在VB中啟動(dòng)ANSYS和實(shí)現(xiàn)在ANSYS進(jìn)行建模，加載載荷邊界條件，計(jì)算和輸出分析的結(jié)果，最后總結(jié)出一種開發(fā)刮板機(jī)圓環(huán)鏈參數(shù)化建模與分析軟件的方法。

關(guān)鍵詞：ANSYS VB 圓環(huán)鏈

中圖分類號(hào)：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）06（b）-0005-02

在煤炭生產(chǎn)的綜合機(jī)械化采煤工作面，刮板機(jī)承擔(dān)著井下運(yùn)煤的重任，其刮板輸送鏈?zhǔn)枪伟鍣C(jī)的關(guān)鍵部件，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，斷鏈?zhǔn)鹿收脊伟鍣C(jī)事故的50%以上，性能的優(yōu)劣直接決定刮板機(jī)能否正常驅(qū)動(dòng)和運(yùn)煤。因此，設(shè)計(jì)不僅具有良好的經(jīng)濟(jì)型還具有足夠的強(qiáng)度的刮板輸送鏈成為刮板機(jī)生產(chǎn)行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，刮板機(jī)鏈輪軸的設(shè)計(jì)主要建立在經(jīng)驗(yàn)之上，這是因?yàn)檫M(jìn)行人工計(jì)算的耗時(shí)耗力較大，部分公司采用ANSYS分析，但是由于ANSYS軟件本身要求使用者有一定的軟件使用技能，而且為了尋找到一種最右結(jié)構(gòu)，在之前通常要進(jìn)行大量重實(shí)驗(yàn)性的復(fù)計(jì)算，耗時(shí)費(fèi)力，設(shè)計(jì)成本高。本文探索了使用高級(jí)語言VB調(diào)用權(quán)威分析軟件ANSYS的方法，結(jié)合APDL語言開發(fā)出了專用軟件來解決這一難題。

1 分析對(duì)象

本文分析對(duì)象為某型號(hào)刮板機(jī)圓環(huán)鏈。刮板機(jī)輸送鏈的基本組成見圖1。

由于這種形式的傳動(dòng)鏈具有較好的耐受沖擊載荷和排污功能，應(yīng)用越來越受到重視，因此，本文研究對(duì)象是圓環(huán)鏈部件。

2.2 VB界面設(shè)計(jì)

VB界面分為幾何參數(shù)區(qū)域、載荷參數(shù)區(qū)域和計(jì)算設(shè)置區(qū)域。根據(jù)要求，在幾何參數(shù)區(qū)域中需要設(shè)置圓環(huán)鏈長(zhǎng)度、兩端圓弧半徑和截面直徑參數(shù)。在載荷區(qū)域中設(shè)置負(fù)載拉力和必要的材質(zhì)屬性，在計(jì)算設(shè)置區(qū)域設(shè)置網(wǎng)格大小。如圖2所示。

3 ANSYS中的力學(xué)模型確定

由于研究問題是刮板機(jī)圓環(huán)鏈接觸強(qiáng)度，所以這里只考慮兩個(gè)連接在一起的圓環(huán)鏈的一個(gè)接觸部位，其余簡(jiǎn)化建模，在去除次要矛盾保留主要矛盾的研究原則下做如下簡(jiǎn)化：（1）不考慮接觸區(qū)域雜質(zhì)、油污或煤渣的影響；（2）模擬圓環(huán)鏈對(duì)的接觸，將其中一環(huán)固定；（3）由于圓環(huán)鏈的直邊臺(tái)階對(duì)圓環(huán)鏈接觸應(yīng)力分布影響較小，為方便三維建模及劃分網(wǎng)格，將其忽略不計(jì)；（4）暫不考慮圓環(huán)鏈材料的塑性變形，假定圓環(huán)鏈的變形在彈性變形范圍之內(nèi)。

為了模擬鏈環(huán)工作，將兩鏈環(huán)接觸部位建立接觸對(duì)，在鏈環(huán)的末端施加與工程要求大小相等方向相反的載荷，同時(shí)約束界面上的所有節(jié)點(diǎn)只具有鏈環(huán)拉伸方向的自由度。圓環(huán)鏈的材料為23MnCrNiMo，相應(yīng)的材料參數(shù)為：彈性模量E=200 GPa，泊松比μ=0.3。圓環(huán)鏈的網(wǎng)格劃分采用solid186實(shí)體單元。

在完成所有工作之后，運(yùn)用某型號(hào)刮板機(jī)φ34×126型圓環(huán)鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行了軟件的聯(lián)合測(cè)試，最終得到分析結(jié)果，如圖3所示。

從圖中可看到，在兩個(gè)圓環(huán)鏈接觸部位的中心區(qū)域應(yīng)力最大，最大值為62.4 Mpa，通過更改VB中橫截面直徑等參數(shù)，可方便的重復(fù)進(jìn)行計(jì)算，在滿足結(jié)構(gòu)要求范圍內(nèi)可通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)和材質(zhì)參數(shù)達(dá)到最大限度的降低此區(qū)域應(yīng)力值，從而提高對(duì)鏈輪軸優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)水平。

5 結(jié)語

ANSYS的APDL命令流為參數(shù)化建模和計(jì)算提供了保證，再結(jié)合運(yùn)用VB的豐富的函數(shù)調(diào)用指令可以開發(fā)出本文的專用領(lǐng)域的專用軟件。在該思想指導(dǎo)下開發(fā)的專業(yè)軟件可提高刮板機(jī)關(guān)鍵零件—圓環(huán)鏈設(shè)計(jì)效率，并為設(shè)計(jì)具有更高可靠性和更好經(jīng)濟(jì)效益的刮板輸送鏈提供了新的設(shè)計(jì)工具。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫福群.刮板輸送機(jī)斷鏈故障分析[J].陜西煤炭，2004（4）：24-25.

[2] 吳鵬，曾紅，韓邁.基于ANSYS的二次開發(fā)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（10）.

[3] 張國瑞.有限元法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[4] 張洪信.有限元基礎(chǔ)理論與ANSYS應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006（2）.endprint

摘 要：利用VB建立參數(shù)輸入界面，通過在VB中啟動(dòng)ANSYS和實(shí)現(xiàn)在ANSYS進(jìn)行建模，加載載荷邊界條件，計(jì)算和輸出分析的結(jié)果，最后總結(jié)出一種開發(fā)刮板機(jī)圓環(huán)鏈參數(shù)化建模與分析軟件的方法。

關(guān)鍵詞：ANSYS VB 圓環(huán)鏈

中圖分類號(hào)：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）06（b）-0005-02

在煤炭生產(chǎn)的綜合機(jī)械化采煤工作面，刮板機(jī)承擔(dān)著井下運(yùn)煤的重任，其刮板輸送鏈?zhǔn)枪伟鍣C(jī)的關(guān)鍵部件，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，斷鏈?zhǔn)鹿收脊伟鍣C(jī)事故的50%以上，性能的優(yōu)劣直接決定刮板機(jī)能否正常驅(qū)動(dòng)和運(yùn)煤。因此，設(shè)計(jì)不僅具有良好的經(jīng)濟(jì)型還具有足夠的強(qiáng)度的刮板輸送鏈成為刮板機(jī)生產(chǎn)行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，刮板機(jī)鏈輪軸的設(shè)計(jì)主要建立在經(jīng)驗(yàn)之上，這是因?yàn)檫M(jìn)行人工計(jì)算的耗時(shí)耗力較大，部分公司采用ANSYS分析，但是由于ANSYS軟件本身要求使用者有一定的軟件使用技能，而且為了尋找到一種最右結(jié)構(gòu)，在之前通常要進(jìn)行大量重實(shí)驗(yàn)性的復(fù)計(jì)算，耗時(shí)費(fèi)力，設(shè)計(jì)成本高。本文探索了使用高級(jí)語言VB調(diào)用權(quán)威分析軟件ANSYS的方法，結(jié)合APDL語言開發(fā)出了專用軟件來解決這一難題。

1 分析對(duì)象

本文分析對(duì)象為某型號(hào)刮板機(jī)圓環(huán)鏈。刮板機(jī)輸送鏈的基本組成見圖1。

由于這種形式的傳動(dòng)鏈具有較好的耐受沖擊載荷和排污功能，應(yīng)用越來越受到重視，因此，本文研究對(duì)象是圓環(huán)鏈部件。

2.2 VB界面設(shè)計(jì)

VB界面分為幾何參數(shù)區(qū)域、載荷參數(shù)區(qū)域和計(jì)算設(shè)置區(qū)域。根據(jù)要求，在幾何參數(shù)區(qū)域中需要設(shè)置圓環(huán)鏈長(zhǎng)度、兩端圓弧半徑和截面直徑參數(shù)。在載荷區(qū)域中設(shè)置負(fù)載拉力和必要的材質(zhì)屬性，在計(jì)算設(shè)置區(qū)域設(shè)置網(wǎng)格大小。如圖2所示。

3 ANSYS中的力學(xué)模型確定

由于研究問題是刮板機(jī)圓環(huán)鏈接觸強(qiáng)度，所以這里只考慮兩個(gè)連接在一起的圓環(huán)鏈的一個(gè)接觸部位，其余簡(jiǎn)化建模，在去除次要矛盾保留主要矛盾的研究原則下做如下簡(jiǎn)化：（1）不考慮接觸區(qū)域雜質(zhì)、油污或煤渣的影響；（2）模擬圓環(huán)鏈對(duì)的接觸，將其中一環(huán)固定；（3）由于圓環(huán)鏈的直邊臺(tái)階對(duì)圓環(huán)鏈接觸應(yīng)力分布影響較小，為方便三維建模及劃分網(wǎng)格，將其忽略不計(jì)；（4）暫不考慮圓環(huán)鏈材料的塑性變形，假定圓環(huán)鏈的變形在彈性變形范圍之內(nèi)。

為了模擬鏈環(huán)工作，將兩鏈環(huán)接觸部位建立接觸對(duì)，在鏈環(huán)的末端施加與工程要求大小相等方向相反的載荷，同時(shí)約束界面上的所有節(jié)點(diǎn)只具有鏈環(huán)拉伸方向的自由度。圓環(huán)鏈的材料為23MnCrNiMo，相應(yīng)的材料參數(shù)為：彈性模量E=200 GPa，泊松比μ=0.3。圓環(huán)鏈的網(wǎng)格劃分采用solid186實(shí)體單元。

在完成所有工作之后，運(yùn)用某型號(hào)刮板機(jī)φ34×126型圓環(huán)鏈數(shù)據(jù)進(jìn)行了軟件的聯(lián)合測(cè)試，最終得到分析結(jié)果，如圖3所示。

從圖中可看到，在兩個(gè)圓環(huán)鏈接觸部位的中心區(qū)域應(yīng)力最大，最大值為62.4 Mpa，通過更改VB中橫截面直徑等參數(shù)，可方便的重復(fù)進(jìn)行計(jì)算，在滿足結(jié)構(gòu)要求范圍內(nèi)可通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)和材質(zhì)參數(shù)達(dá)到最大限度的降低此區(qū)域應(yīng)力值，從而提高對(duì)鏈輪軸優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)水平。

5 結(jié)語

ANSYS的APDL命令流為參數(shù)化建模和計(jì)算提供了保證，再結(jié)合運(yùn)用VB的豐富的函數(shù)調(diào)用指令可以開發(fā)出本文的專用領(lǐng)域的專用軟件。在該思想指導(dǎo)下開發(fā)的專業(yè)軟件可提高刮板機(jī)關(guān)鍵零件—圓環(huán)鏈設(shè)計(jì)效率，并為設(shè)計(jì)具有更高可靠性和更好經(jīng)濟(jì)效益的刮板輸送鏈提供了新的設(shè)計(jì)工具。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫福群.刮板輸送機(jī)斷鏈故障分析[J].陜西煤炭，2004（4）：24-25.

[2] 吳鵬，曾紅，韓邁.基于ANSYS的二次開發(fā)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法[J].遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（10）.

[3] 張國瑞.有限元法[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[4] 張洪信.有限元基礎(chǔ)理論與ANSYS應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006（2）.endprint