［摘要］利用Solidworks对刮板取料机工作装置的结构部件进行三维造型，并采用自下而上的方法进行装配。运用ANSYS有限元分析软件对刮板取料机的滚子链进行详细分析，得出了较为合理的链条材料。
［关键词］刮板取料机；三维建模；滚子链；有限元分析
［作者简介］秦红星，唐山学院机电工程系,硕士，实验师，研究方向：机械设计、数控加工，河北唐山，063000
［中图分类号］ TQ172［文献标识码］ A［文章编号］ 1007-7723（2011）09-0047-0002
一、引言
刮板取料机是散状物料装卸输送机械，它广泛应用于港口码头、钢铁冶金、建材水泥、矿山等原料储运场，可实现煤炭、矿石、化工原料等物料的转运、装卸、中和混匀的连续作业。
本课题主要针对桥式刮板取料机工作装置进行结构设计，并对刮板取料机的主要部件滚子链进行有限元分析。
二、设计方案
桥式刮板取料机工作装置主要由驱动装置、耙车、耙架和链轮组等组成，采用电机-耦合器-减速器-链轮组传动的机械传动方式，通过驱动传递到链轮组使耙车行走。通过钢丝绳耙架被拉紧于移动耙车的塔架上，耙架三角形平面上均匀密布着许多耙齿，耙齿插入到料堆中，随着移动耙车沿主梁长度方向往复移动，耙架也做往复移动，从而使料堆表面物料松动并落到料堆底部，被刮板刮走[1]。
三、实体造型
在Solidworks环境中进行设计，主要应用拉伸、切除、旋转、扫描等命令构建零件三维模型。装配采用自下而上的方法，即先在零件环境中创建零件，再从装配体中调入零件进行装配。
链轮组的造型是实体造型中的重要部分，三维模型如图1所示。
在造型过程中准确地把握了主动链轮和从动链轮的位置关系，装配过程中保证了两个从动链轮在同一水平线上，这样耙车就可以平稳地运行而不至于卡死。随后逐步对耙车、松料耙架、滑轮架进行三维建模。
将各个零部件建模完成后，采用自下而上的方法进行了装配，装配图三维模型如图2所示。
四、有限元分析
以滚子链为例进行有限元分析，链的使用寿命主要取决于链的材料及热处理方法。主要对内链板进行静力学分析，通过分析数据来选择合适的材料。
创建模型：将Solidworks中创建的模型导入ANSYS中[2]。
材料属性：材料为Q235，其机械性能如下：
， ， 。
网格划分：采用Solid186块单元 ，节点数为1675个，单元数为199个。如图3所示。
施加约束：在内链板一侧面施加约束。
施加载荷：链条主要受拉力，在内链板内孔的半圆周上施加均布载荷[3]。
链条所受的拉力为50400N，力的作用面积为282.6mm2，则可以求出内链板所受的均布载荷为：
内链板等效应力分布如图4所示。
从图4可以看出，内链板的最大应力达到了320Mpa，而Q235的屈服强度为235Mpa，所以所选材料不能满足要求。为了保证链条的正常工作，需提高链板的强度，现选用45Mn2合金结构钢，这种材料的强度、耐磨性较高，调质后有良好的综合力学性能。其材料属性为：，，。
为了进一步了解链板的受力特性，须做进一步分析。
图5为沿内链板半圆周方向定义路径的应力曲线，由图可以看出应力几乎呈对称分布，最大应力发生在54.26mm处，最大应力为280.2686Mpa。从曲线图上可以看出符合理论分析，最大应力发生在链条所受的拉力方向上。
图6为内链板的等效位移图，最大位移为6.357×10-6m，从位移的角度来看内链板几乎不会发生变化，所以说更改后链条的材料是符合要求的[4]。
图7为内链板X方向位移图，即拉力方向上的位移，因为链板其中一个失效的形式就是静力拉断，所以有必要对拉力方向进行分析，拉力方向的最大位移为5.451×10-6m，由此可以判断链板是满足要求的。
链在传动过程中，其上的各个元件都在变应力作用下工作，经过一定循环次数后，链板会因疲劳而断裂。因此，链条的疲劳强度就成为决定链传动承载能力的主要因素。通过以上分析可知，选用45Mn2合金结构钢，大大提高了链板的疲劳强度且能满足要求。
五、结论
1.实体造型时准确地把握了各零部件的尺寸和形状，以及在装配过程中的位置关系，保证了耙车平稳的运行。
2.通过分析链板选用45Mn2合金结构钢，提升了链板的疲劳强度，保证了刮板机的正常工作。
［参考文献］
［1］唐柱香,郑熙,王志敏.刮板输送系统的基本结构与设计参数计算［J］.矿业工程，2008,6(1).
［2］王瑁成.有限单元法［M］.北京:清华大学出版社,2007.
［3］张洪信,赵清海.ANSYS有限元分析完全自学手册［M］.北京:机械工业出版社，2008.
［4］濮良贵,纪名刚.机械设计［M］.北京：高等教育出版社,2006.
