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搭接长度对钢丝绳芯输送带接头承载能力影响的数值模拟

井庆贺 曹富荣 葛伦贵 王耀辉 胡兵 李靖宇 张笃学 于忠升 陈杰

井庆贺,曹富荣,葛伦贵,等. 搭接长度对钢丝绳芯输送带接头承载能力影响的数值模拟[J]. 工矿自动化,2023,49(12):121-129.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023050059
引用本文: 井庆贺,曹富荣,葛伦贵,等. 搭接长度对钢丝绳芯输送带接头承载能力影响的数值模拟[J]. 工矿自动化,2023,49(12):121-129.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023050059
JING Qinghe, CAO Furong, GE Lungui, et al. Numerical simulation of the influence of lap length on the load-bearing capacity of steel wire rope core conveyor belt joints[J]. Journal of Mine Automation,2023,49(12):121-129.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023050059
Citation: JING Qinghe, CAO Furong, GE Lungui, et al. Numerical simulation of the influence of lap length on the load-bearing capacity of steel wire rope core conveyor belt joints[J]. Journal of Mine Automation,2023,49(12):121-129.  doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023050059

搭接长度对钢丝绳芯输送带接头承载能力影响的数值模拟

doi: 10.13272/j.issn.1671-251x.2023050059
基金项目: 中国华能总部科技资助项目(HNKJ20-H48);2019年度辽宁省高等学校创新人才(理)项目(LR2019030)。
详细信息
    作者简介:

    井庆贺(1970—),男,黑龙江大庆人,高级工程师,硕士,现主要从事煤矿采矿工程、安全工程等方面的技术管理工作,E-mail:380357369@qq.com

    通讯作者:

    曹富荣(1974—),男,甘肃定西人,高级工程师,硕士,现主要从事煤矿机电设备的研究和管理工作,E-mail:haiqiuhan@126.com

  • 中图分类号: TD526

Numerical simulation of the influence of lap length on the load-bearing capacity of steel wire rope core conveyor belt joints

  • 摘要:

    输送带接头区域钢丝绳的抽出力是衡量接头承载能力的重要指标。目前针对钢丝绳芯输送带接头的研究主要集中在接头的结构参数、硫化工艺及胶料的粘合性能,并没有指出搭接长度对接头承载能力的影响。为研究搭接长度对钢丝绳芯输送带接头承载能力的影响,以st1250型钢丝绳芯输送带为研究对象,取输送带接头处单根钢丝绳部分建立接头模型,采用双线型内聚力模型模拟钢丝绳与橡胶的胶接状态,并通过切向拉剪试验与法向拉伸试验获得模型参数。将双线型内聚力模型与钢丝绳−橡胶接触界面相结合,对接头单根钢丝绳从橡胶中脱粘抽出的损伤演化过程进行仿真分析,发现接头损伤演化过程分为线性加载、损伤萌生、损伤扩展与完全失效4个阶段,且接头损伤失效曲线与双线型内聚力模型牵引力−位移曲线具有较好的一致性,验证了双线型内聚力模型可较好地模拟钢丝绳芯输送带接头损伤失效过程。对不同搭接长度的接头模型进行了仿真,得出搭接长度为350~750 mm时,随着搭接长度增大,接头刚度总体呈非线性增大,接头橡胶所受最大剪应力呈递减趋势,从而确定了接头搭接长度范围应控制在350~750 mm。对不同钢丝绳直径下搭接长度对接头承载能力的影响进行了仿真,结果表明:钢丝绳抽出力随搭接长度增大总体呈非线性递增;钢丝绳直径越大,接头钢丝绳抽出力随搭接长度增大的涨幅越大。拟合得到了不同钢丝绳直径下接头搭接长度与单根钢丝绳抽出力之间的函数关系,为不同承载能力要求下接头搭接长度的合理化选择提供了理论依据。

     

  • 图  1  钢丝绳芯输送带结构

    Figure  1.  Steel cord conveyor belt structure

    图  2  一阶接头搭接形式

    Figure  2.  Lap form of first-order joint

    图  3  内聚力模型

    Figure  3.  Cohesive zone model

    图  4  双线型内聚力模型的牵引力−位移曲线

    Figure  4.  Traction-displacement curves of bilinear cohesive zone model

    图  5  试样形状及尺寸

    Figure  5.  Sample shape and size

    图  6  试验装置

    1—信息反馈程序;2—夹具;3—万能试验机;4—载荷控制器;5—交流电源。

    Figure  6.  Test device

    图  7  切向拉剪与法向拉伸试验的位移−载荷曲线

    Figure  7.  Displacement-load curves of tangential tensile shear and normal tensile test

    图  8  接头几何模型及网格划分

    Figure  8.  Joint geometry model and meshing

    图  9  Mooney−Rivlin二阶本构模型拟合曲线

    Figure  9.  The second-order constitutive model fitting curve of Mooney-Rivlin

    图  10  接头损伤失效曲线

    Figure  10.  Joint damage failure curve

    图  11  不同搭接长度下钢丝绳位移−载荷曲线

    Figure  11.  Displacement-load curves of wire rope under different lap lengths

    图  12  接头刚度随搭接长度变化曲线

    Figure  12.  Curve of joint stiffness varies with lap length

    图  13  不同搭接长度下橡胶所受最大剪应力变化曲线

    Figure  13.  Change curve of the maximum shear stress on rubber under different lap lengths

    图  14  不同钢丝绳直径下抽出力随搭接长度变化

    Figure  14.  The drawing force varies with lap length under different wire rope diameters

    图  15  不同钢丝绳直径下接头搭接长度与抽出力的拟合曲线

    Figure  15.  Fitting curves of joint lap length and drawing force under different wire rope diameters

    表  1  不同型号钢丝绳芯输送带接头参数

    Table  1.   Joint parameters of different types of steel cord conveyor belt

    型号 搭接形式 最小阶梯长度/mm 接头总长度/mm
    st630 一阶 250 550
    st1000 一阶 300 600
    st1250 一阶 350 650
    st1600 二阶 350 1 050
    st2000 二阶 400 1 150
    st2500 二阶 500 1 350
    st3500 三阶 650 2 350
    st4500 三阶 800 2 800
    st5000 四阶 900 4 050
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    表  2  双线型内聚力模型参数

    Table  2.   Bilinear cohesive zone model parameters

    法向最大应力/MPa 切向最大
    应力/MPa
    法向内聚
    能/J
    切向内聚
    能/J
    人工阻尼系数
    1.4 1.107 0.465 0.532 0.001
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    表  3  钢丝绳芯输送带结构参数

    Table  3.   Structural parameters of steel cord conveyor belt mm

    型号钢丝绳直径钢丝绳间距覆盖胶厚度带厚
    st12504.512617
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  • 收稿日期:  2023-05-17
  • 修回日期:  2023-12-25
  • 网络出版日期:  2024-01-04

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