基于Solidworks钢带快速修复形变的研究

【摘 要】本文通过对卷板机的研究，采用逆向思维方式设计，对其进行改造。对钢带快速修复方案进行了分析，总结了快速修复对修复设备的要求，从而设计出钢带调直机，把变形的钢带进行调直，并对该调直机用三维建模软件solidworks进行了三维建模，同时用solidworks中的插件cosmosworks对核心构件进行了有限元分析，得到了该构件的应力、位移和应变曲线，并对曲线上的结果进行了分析，为以后调直机的改进提供了参考。

【关键词】钢带调直机；形变修复；有限元分析

支护方式设计是巷道支护设计实现定量决策的关键所在。当支护型式确定以后，支护成本、巷道返修等直接影响到支护效果和经济效益。影响正常生产和经济效益；由于很多煤矿矿井深度大，系属于松软岩层，所以这就造成巷道压力大，支护钢带密度增加且返修率高，造成钢带的使用数量大，并且由于巷道的挤压、拉伸等造成回收钢带变形严重，不经过处理无法二次利用，针对这种情况，同时也为了响应节能降耗的生产方针，决定对井下变形严重的钢带进行回收利用。以下是针对矿用支护平钢带的调直修复的研究。

1 钢带快速修复方案的分析

1.1 锤击修复

大多数煤矿一开始所回收的钢带为人工用大锤调直，工人的劳动强度大，并且存在极大的安全隐患，由于回收钢带多，多数变形严重，人工调直困难，经统计发现多数钢带均以废铁处理，浪费严重。并且调直的钢带时由于锤击的冲击力过大，容易使钢带内部产生较强的残余应力或者是产生局部加工硬化，从而降低了钢带的韧性，使废旧钢带二次使用率低。

1.2 压力机压制

市场上现有钢带调直机构多数是采用压力机压制，由油压机带动油缸利用油缸压力对钢带进行调直，调直过程中需要一人操作油压机，一人送钢带。并且根据模具的不同，钢带需要成段调直，就以1.2M钢带为例，调直过程中至少要升降油缸6次，由于油压机速度慢，这就致使调制一条1.2米钢带至少需要3-4分钟。对于有些变形角度超过150度的或发生旋转变形的钢带便无法进行调直，极大地降低了回收率。调直过程中工人的劳动强度大，调直的效果也不明显，重复利用率不高。

1.3 滚压修复

根据卷板机的工作原理，采用逆向思维方式设计，充分考虑到卷板机存在的缺点和不足，对其进行改造，使变形的钢带陆续通过平行的压辊之后，能产生永久的塑性变形，从而使钢带快速修复。调直过程中只需要一人操作，节省劳动力。同时可以设计压辊上的压槽，使一台设备能同时修复两种不同规格的钢带。通过调整压辊的转动方向，使一次修复不合格的钢带，再次调直修复。修复速度快，调直效果明显，再利用率高。

1.4 钢带快速修复设备的设计要求

（1）能修复不同变形的钢带，由于井下支护压力大，钢带变形多种多样，此钢带调直机必须能适用于各种不同变形的钢带，并且能快速完成调直；

（2）能适应不同长度的钢带，由于井下使用钢带长度不同，有的钢带发生断裂，但是经过修复还可以应用于其他对承载力要求不是很高的支护面上；

（3）能修复不同型号的钢带，矿用平钢带有80#和60#两种型号，设计的钢带调直机能尽量实现同一台设备在不更换零部件的前提下实现对不同型号钢带的修复调直；

（4）修复后的钢带尽量保证修复前的力学性能，修复过程中不能使钢带达到或者超过材料的屈服极限，尽力使钢带发生塑性变形后保持平直状态，并且具有接近新钢带的力学性能，否则此钢带调直机的设计意义就不存在了。

2 三维结构设计

通过以上三种调直方法对比，我们采用液压修复对变形的钢带进行调直，根据卷板机的工作原理，采用逆向思维方式设计出了钢带调直机。本调直机构采用两组压轮（一组4个），分上下两层水平排列，其中有一组是主动轮，一组为从动轮。主动轮的作用是带动钢带运动，主动轮齿轮与变速箱输出轴成V字型啮合，当输出轴齿轮在变速箱所调整的转速转动时，带动与其连接的两个小齿轮，小齿轮带动与其啮合的齿轮最后使四个下侧主动轮按同一方向转动，在滚轮摩擦力的作用下带动钢带运动。从动轮在主动轮上部，其作用是对钢带进行调直，通过调整从动轮两端轴承上的调整螺杆可以上下调整从动轮，依据钢带的厚度和钢带的变形情况调节调整螺杆达到对钢带调直效果的控制。

3 上下压辊有限元分析

上下压辊作为钢带调直机的主要调直工件，我们对他进行了有限元受力分析，由于上下压辊材料和受压力情况相同，上压辊有凹槽，存在应力集中，而下压辊整个为一圆柱面，受力情况好于上压辊，因此只分析上压辊即可。

建立算例，并选择实体网络的网格模型，选择Static类型。在SolidWorks材料库中选定材料为合金钢，然后在上压辊的轴心处添加固定约束，在上压辊受力部位添加轴承力载荷，大小为16KN。然后对整体添加网格，网格整体大小为13.68mm，公差为0.68mm，添加网格情况如图。

最后运行算例，进行有限元计算，输出结果如下图。

通过以上的分析结果可以得出，上压辊所受局部最大应力为3.8MPa，材料屈服极限为620MPa，由钢带调直机上压辊滚子的要求可知，上压辊的结构是合理的。

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