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· · 煤矿机电年第期
采煤机摇臂力学分析与结构优化
杨瑞锋,臧怀庆,成文广
三一重型装备有限公司,辽宁沈阳
摘要: 以一型采煤机摇臂为研究对象,在两种工况条件下,用软件对摇臂危
险截面进行有限元分析,得到等效应力分布情况及疲劳寿命,为摇臂的结构优化提供理论参考。
关键词: 采煤机;摇臂;有限元分析;结构优化
中图分类号:. 文献标识码: 文章编号:———
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采煤机是综采工作面的主要设备,应具有较高
的可靠性和良好的动态特性。本文建立了
.型采煤机摇臂的有限元计算模型,分析
求得危险截面位置。针对两种工况下,求得摇臂壳
体的应力分布和疲劳寿命,为摇臂的结构优化提供
了理论依据。
摇臂受力分析
图为采煤机滚筒截割顶煤时摇臂的受力简
图。滚筒受到截割阻力、推进阻力、轴向力
的作用。近似认为电动机的功率全部消耗在前滚筒图滚筒受力示意图
上,截割阻力为:
式中:一截齿磨损较小取.,磨损较大取.,中
等磨损程度取.~.。
式中: 一电动机额定功率, 轴向力的大小视截齿的排列方式而定,顺序配
一电动机过负荷系数; 置时截齿的轴向力为:
一
截割部总传动比;
: —
卵一截割部总效率; —了一
一电动机转速,/。式中: 一滚筒端盘截齿的截割宽度,;
一滚筒直径,。一考虑滚筒端盘部分接近半封闭截割条件
推进阻力: 系数,取.;
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年第期煤矿机电
一滚筒有效截深,。
将滚筒和摇臂壳体整体视为刚性,过作空间
直角坐标系,将、的作用点移到点,在
平面内作用力对点取矩,求—截面受的
弯矩。—截面是危险截面,因产生裂纹而破坏。
摇臂的有限元分析
“
—
本文以一型采煤机摇臂为研究对
象。利用有限元分析软件分析: 图工况时摇臂优化形状
工况:滚筒截割顶煤工况;
工况Ⅱ:摇臂油缸推力最大时。
边界条件及加载情况
边界条件主要包括摇臂头受的力、力矩、摇臂、
电机和滚筒的重力,以及三个耳片的约束。工况
时,三个耳片采用全约束。工况Ⅱ时,连接油缸耳片
加载,其余两耳片全约束。下表为两种工况下摇臂翟.—骂⋯
的受力情况。
表两种工况下摇臂受力情况图工况Ⅱ时摇臂优化形状
/ / / / ·
工况. . . . 结论
三堡旦:兰:竺: :垄:
摇臂有限元分析
以减小此部位的应力集中。
进行有限元分析,得到应力分布云图。电机套
在两种工况下,危险截面附近,最大理论等
筒根部应力较大,与理论分析得到的危险截面位置
效应力为.,可以安全工作。
基本吻合。滚筒侧摇臂壳体、轴孔附近应力及行星
摇臂滚筒侧臂体、轴孔附近及行星头附近
头附近应力相对较大。工况下最大应力
应力相对较大,易造成轴孔变大和变形。增加轴孔
.,工况Ⅱ下最大应力.。
附近壳体厚度或轴孔周围焊接高强度材料再加工轴
最大等效应力出现在采煤侧的上支撑耳处。摇臂壳
孔,可提高摇臂使用寿命。
体