基于Solidworks鋼帶快速修復(fù)形變的研究

周新院　鄭義

【摘 要】本文通過對卷板機的研究，采用逆向思維方式設(shè)計，對其進行改造。對鋼帶快速修復(fù)方案進行了分析，總結(jié)了快速修復(fù)對修復(fù)設(shè)備的要求，從而設(shè)計出鋼帶調(diào)直機，把變形的鋼帶進行調(diào)直，并對該調(diào)直機用三維建模軟件solidworks進行了三維建模，同時用solidworks中的插件cosmosworks對核心構(gòu)件進行了有限元分析，得到了該構(gòu)件的應(yīng)力、位移和應(yīng)變曲線，并對曲線上的結(jié)果進行了分析，為以后調(diào)直機的改進提供了參考。

【關(guān)鍵詞】鋼帶調(diào)直機；形變修復(fù)；有限元分析

支護方式設(shè)計是巷道支護設(shè)計實現(xiàn)定量決策的關(guān)鍵所在。當支護型式確定以后，支護成本、巷道返修等直接影響到支護效果和經(jīng)濟效益。影響正常生產(chǎn)和經(jīng)濟效益；由于很多煤礦礦井深度大，系屬于松軟巖層，所以這就造成巷道壓力大，支護鋼帶密度增加且返修率高，造成鋼帶的使用數(shù)量大，并且由于巷道的擠壓、拉伸等造成回收鋼帶變形嚴重，不經(jīng)過處理無法二次利用，針對這種情況，同時也為了響應(yīng)節(jié)能降耗的生產(chǎn)方針，決定對井下變形嚴重的鋼帶進行回收利用。以下是針對礦用支護平鋼帶的調(diào)直修復(fù)的研究。

1 鋼帶快速修復(fù)方案的分析

1.1 錘擊修復(fù)

大多數(shù)煤礦一開始所回收的鋼帶為人工用大錘調(diào)直，工人的勞動強度大，并且存在極大的安全隱患，由于回收鋼帶多，多數(shù)變形嚴重，人工調(diào)直困難，經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)多數(shù)鋼帶均以廢鐵處理，浪費嚴重。并且調(diào)直的鋼帶時由于錘擊的沖擊力過大，容易使鋼帶內(nèi)部產(chǎn)生較強的殘余應(yīng)力或者是產(chǎn)生局部加工硬化，從而降低了鋼帶的韌性，使廢舊鋼帶二次使用率低。

1.2 壓力機壓制

市場上現(xiàn)有鋼帶調(diào)直機構(gòu)多數(shù)是采用壓力機壓制，由油壓機帶動油缸利用油缸壓力對鋼帶進行調(diào)直，調(diào)直過程中需要一人操作油壓機，一人送鋼帶。并且根據(jù)模具的不同，鋼帶需要成段調(diào)直，就以1.2M鋼帶為例，調(diào)直過程中至少要升降油缸6次，由于油壓機速度慢，這就致使調(diào)制一條1.2米鋼帶至少需要3-4分鐘。對于有些變形角度超過150度的或發(fā)生旋轉(zhuǎn)變形的鋼帶便無法進行調(diào)直，極大地降低了回收率。調(diào)直過程中工人的勞動強度大，調(diào)直的效果也不明顯，重復(fù)利用率不高。

1.3 滾壓修復(fù)

根據(jù)卷板機的工作原理，采用逆向思維方式設(shè)計，充分考慮到卷板機存在的缺點和不足，對其進行改造，使變形的鋼帶陸續(xù)通過平行的壓輥之后，能產(chǎn)生永久的塑性變形，從而使鋼帶快速修復(fù)。調(diào)直過程中只需要一人操作，節(jié)省勞動力。同時可以設(shè)計壓輥上的壓槽，使一臺設(shè)備能同時修復(fù)兩種不同規(guī)格的鋼帶。通過調(diào)整壓輥的轉(zhuǎn)動方向，使一次修復(fù)不合格的鋼帶，再次調(diào)直修復(fù)。修復(fù)速度快，調(diào)直效果明顯，再利用率高。

1.4 鋼帶快速修復(fù)設(shè)備的設(shè)計要求

（1）能修復(fù)不同變形的鋼帶，由于井下支護壓力大，鋼帶變形多種多樣，此鋼帶調(diào)直機必須能適用于各種不同變形的鋼帶，并且能快速完成調(diào)直；

（2）能適應(yīng)不同長度的鋼帶，由于井下使用鋼帶長度不同，有的鋼帶發(fā)生斷裂，但是經(jīng)過修復(fù)還可以應(yīng)用于其他對承載力要求不是很高的支護面上；

（3）能修復(fù)不同型號的鋼帶，礦用平鋼帶有80#和60#兩種型號，設(shè)計的鋼帶調(diào)直機能盡量實現(xiàn)同一臺設(shè)備在不更換零部件的前提下實現(xiàn)對不同型號鋼帶的修復(fù)調(diào)直；

（4）修復(fù)后的鋼帶盡量保證修復(fù)前的力學性能，修復(fù)過程中不能使鋼帶達到或者超過材料的屈服極限，盡力使鋼帶發(fā)生塑性變形后保持平直狀態(tài)，并且具有接近新鋼帶的力學性能，否則此鋼帶調(diào)直機的設(shè)計意義就不存在了。

2 三維結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過以上三種調(diào)直方法對比，我們采用液壓修復(fù)對變形的鋼帶進行調(diào)直，根據(jù)卷板機的工作原理，采用逆向思維方式設(shè)計出了鋼帶調(diào)直機。本調(diào)直機構(gòu)采用兩組壓輪（一組4個），分上下兩層水平排列，其中有一組是主動輪，一組為從動輪。主動輪的作用是帶動鋼帶運動，主動輪齒輪與變速箱輸出軸成V字型嚙合，當輸出軸齒輪在變速箱所調(diào)整的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，帶動與其連接的兩個小齒輪，小齒輪帶動與其嚙合的齒輪最后使四個下側(cè)主動輪按同一方向轉(zhuǎn)動，在滾輪摩擦力的作用下帶動鋼帶運動。從動輪在主動輪上部，其作用是對鋼帶進行調(diào)直，通過調(diào)整從動輪兩端軸承上的調(diào)整螺桿可以上下調(diào)整從動輪，依據(jù)鋼帶的厚度和鋼帶的變形情況調(diào)節(jié)調(diào)整螺桿達到對鋼帶調(diào)直效果的控制。

3 上下壓輥有限元分析

上下壓輥作為鋼帶調(diào)直機的主要調(diào)直工件，我們對他進行了有限元受力分析，由于上下壓輥材料和受壓力情況相同，上壓輥有凹槽，存在應(yīng)力集中，而下壓輥整個為一圓柱面，受力情況好于上壓輥，因此只分析上壓輥即可。

建立算例，并選擇實體網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)格模型，選擇Static類型。在SolidWorks材料庫中選定材料為合金鋼，然后在上壓輥的軸心處添加固定約束，在上壓輥受力部位添加軸承力載荷，大小為16KN。然后對整體添加網(wǎng)格，網(wǎng)格整體大小為13.68mm，公差為0.68mm，添加網(wǎng)格情況如圖。

最后運行算例，進行有限元計算，輸出結(jié)果如下圖。

通過以上的分析結(jié)果可以得出，上壓輥所受局部最大應(yīng)力為3.8MPa，材料屈服極限為620MPa，由鋼帶調(diào)直機上壓輥滾子的要求可知，上壓輥的結(jié)構(gòu)是合理的。

【參考文獻】

[1]李祥林，薛萬夫，張日升.振動切削及其在機械加工中的應(yīng)用[M].北京：北京科學技術(shù)出版社，1985（10）：21-25.

[2]黃慶學，馬立峰，梁愛生，等.單軸雙偏心定尺滾切剪運動軌跡求解及計算機仿真[J].重型機械，2004，253（41）：18-21.

[3]曹沖振，趙春雨，王鳳芹，等.小尺度注塑件澆道剪切機構(gòu)綜合[J].制造業(yè)自動化，2008（12）：14-16.

[4]嚴慧萍.高速剪切設(shè)備剪切裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2002，24（10）：26-28.

[5]夏建芳，周新衡.擺式飛剪剪切機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].機械設(shè)計與研究，2003，19（3）：6-9.

[責任編輯：朱麗娜]