基于滚筒实验载荷的采煤机滑靴动力学特性分析

针对采煤机平滑靴、导向滑靴、刮板输送机销排之间寿命不匹配、可靠性低的问题,采用虚拟样机技术建立了包含刮板输送机中部槽线路形态特征、摇臂柔性变形特征、平滑靴与中部槽接触摩擦特征、导向滑靴与销排含间隙接触碰撞特征、驱动轮与销排的接触啮合特征的采煤机刚柔耦合动力学模型,再以滚筒实验载荷为激励对模型进行仿真研究,结果表明:在实验载荷激励下,致使左平滑靴在y向的载荷大于右平滑靴,两者载荷仿真均值约为198.2,78.2 k N,在z向载荷相接近,仿真均值约为-20.0,-16.5 k N;左、右导向滑靴在y向的载荷仿真均值约为42.0,45.2 k N,在z向载荷均值约为289.9,270.1 k N;通过实验验证了仿真结果,并利用仿真模型分析了不同俯仰角、侧倾角情况下滑靴受力变化规律,为研究不同工况下采煤机整机力学特性提供依据。

采煤机摇臂传动系统动力学特性分析与壳体改进

采煤机摇臂传动系统是决定采煤机工作效率的关键因素。针对采煤机摇臂壳体与各轴、各轴上轴承滚动体与其内外圈实时接触力难预测的问题,文中参照MG7180型采煤机摇臂建立了以摇臂壳体、各轴、液压缸缸筒为柔性体的采煤机摇臂传动系统刚柔耦合模型。以RecurDyn软件为仿真平台施加边界条件和负载进行动力学仿真,得出传动系统中各轴与采煤机摇臂壳体的接触力、接触压力及各齿轮间啮合力曲线,生成摇臂壳体位移应力云图且对各轴孔中心点位移变化值进行统计,并在此基础上对摇臂壳体进行结构改进。文中研究为采煤机摇臂传动系统的优化设计与疲劳寿命分析提供新思路和数据参考。

采煤机截割部传动系统建模与动力学分析

基于刚柔耦合多体接触动力学理论,对采煤机截割部传动系统进行了系统的研究,并以Recur Dyn为平台建立了包含传动系统齿轮,轴承和传动轴的采煤机截割部模型。考虑传动轴的柔性特性,建立采煤机截割部刚柔耦合传动系统。对系统中各零件之间接触参数进行设定,并进行动力学仿真分析,直观动态的描述了采煤机传动系统的工作过程。研究结果表明:第12对齿轮啮合力最大,其值为1 808 210. 8 N。轴4应变值最大,为0. 081。揭示了刚柔耦合系统和刚性系统在齿轮啮合力曲线及其频域信息的不同之处,为传动系统的优化设计及疲劳寿命预测提供依据。

钢丝绳橡胶输送带动力学参数变化规律分析

钢丝绳橡胶输送带动力学参数的确定是研究带式输送机动态特性和运行能耗的关键问题,首先根据橡胶输送带的松弛、时变特性对其动力学参数的过渡态和稳定态进行定义,再以标准固体模型作为钢丝绳输送带的粘弹性本构模型,推导出动应变作用下输送带的应力解析解,并根据解析解中衰减项的特征,对过渡态和稳定态进行分析,建立输送带标准固体模型参数的通用性辨识模型和简化辨识模型,最后对st1600型钢丝绳输送带进行动应变加载实验,并采用Matlab cftool工具箱对实验结果进行辨识。结果表明:在实验参数下,随着加载循环次数的增加,通用模型辨识结果与简化模型辨识结果的差值逐渐减小,当加载循环超过67次时,两种模型的辨识结果吻合,并保持稳定;可将通用模型辨识结果与简化模型辨识结果首次达到吻合时的循环加载次数或对应的加载时间,作为划分输送带动力学参数过渡态和稳定态的判别条件。

基于逐步递推法不同俯仰角采煤机静力学分析

针对采煤机行走机构的低速重载大跨度支撑静不定问题,基于逐步递推理论方法,求解了滑靴载荷的变化规律。考虑采煤机实际工况下不同俯仰角对采煤机整机力学性能的影响,采用小变形协调理论简化了采煤机整机静力学模型,编制MATLAB程序对其进行求解与分析。通过模拟采煤机实际井下工况,对采煤机后平滑靴载荷进行试验研究,并将试验值与仿真值进行对比分析,结果表明:利用逐步递推法来求解采煤机整机静力学方程具有一定的准确性。

输送带弯曲阻力虚拟测试仿真分析

为模拟弯曲阻力实验台的工作过程,研究输送带弯曲阻力变化规律,采用虚拟样机技术,将实验台的机架视为各项同性弹性体,将输送带视为各项异性弹性体,构建了弯曲阻力实验台的虚拟模型,仿真分析了不同张紧力、不同托辊直径等工况下,输送带弯曲阻力变化规律及实验台的动力学特性。研究结果表明:弯曲阻力随着压下力和带速的增大而增大,随着张紧力和辊径的增大而减小。最后通过对比试验与仿真结果验证了虚拟模型的准确性。

线性压缩机用动圈式直线电机仿真与试验研究

针对线性压缩机直线电机的稳定性和可靠性问题,文中基于Halbach永磁体阵列形式设计了一种动圈式直线电机,采用有限元分析方法求解了永磁体阵列排列方式、气隙厚度、内外磁轭和线圈尺寸对电机性能的影响,综合考虑电机性能、装配工艺等因素,对直线电机各关键零部件的结构和尺寸进行了优化,提高了内、外磁轭的空间利用,增加了磁路的稳定性,消除了电磁感应强度集中位置,最后对优化后的电机性能进行了仿真分析和试验验证。

基于载荷重构理论下采煤机截割部行星架疲劳寿命分析

为研究采煤机截割部行星架在实际工况下的疲劳寿命情况,通过截割实验得到单个截齿三向力载荷,构建截齿三向力载荷重构函数,采用SOR法对重构函数进行求解,依据滚筒结构参数推演出截割部行星架的负载扭矩。运用Ansys workbench瞬态动力学对采煤机行星架进行动力学分析,并将得到的负载扭矩以时间序列的形式施加在行星架上,并将结果文件导入ncode中进行截割部行星架寿命预测,仿真结果表明:输出轴与侧壁板连接处寿命较小,说明此处几何尺寸变化较大,且存在应力集中现象,应作适当的打磨处理。

采煤机摇臂齿轮固热耦合分析与齿廓修形

基于赫兹接触理论建立齿轮啮合力学模型,依据渐开线形成原理推导出滚动距离和滚动角变化规律,以牛顿冷却定律和傅里叶定律为理论基础,结合采煤机摇臂工作特性,对齿轮系统对流换热和摩擦热流量进行计算,在对流换热系数确定中综合考虑齿轮与润滑油,润滑油与箱体内壁,箱体外壁与外界空气的热传递特性,以Blok理论为基础,本体温度为初始温度,分析了齿轮表面闪温和接触温度随滚动距离及滚动角变化规律。采用Romax Design建立了采煤机摇臂齿轮传动系统模型,对惰轮轴齿轮副进行固热耦合分析,基于Romax微观几何修形理论对渐开线齿廓进行修形,分析了齿廓修形对温度场影响。结果表明:齿廓修形消除了赫兹接触应力瞬增现象,最大接触应力减少72 MPa,修形后高温区由齿顶和齿根向齿廓中部移动,改善了轮齿温度分布,最高温度降低31.4℃。为研究采煤机摇臂齿轮传动系统修形及优化提供了理论基础。

斜切工况下采煤机销排导向滑靴模态与寿命分析

针对采煤机销排易损坏的问题,对采煤机销排的模态特性和可靠性进行分析,采用经典静力学理论建立了斜切工况下采煤机整机力学模型,推导出导向滑靴与销排间相互作用力的数学模型,编制MATLAB程序对模型进行求解,并以此为基础,采用ANSYS-Workbench对导向滑靴、销排的模态特性和疲劳寿命进行仿真分析,结果表明:导向滑靴的前四阶模态频率分别为288.57、326.28、348.11、631.57 Hz,销排的前四阶模态频率分别为0.004 2、1 047.9、1 452、1 916.6 Hz,销排的疲劳寿命为106次,危险点位于销排两侧连接耳板处,销排安全系数的最小值为2.932 01。研究结果可为销排的优化设计及损坏原因分析提供参考。

基于载荷重构理论下采煤机截齿疲劳寿命分析

为研究采煤机截齿在实际工况下的疲劳寿命情况,采用解析延拓原理对实验测出的截齿三向力进行载荷重构,利用共轭梯度法对重构函数迭代求解。运用Ansys workbench瞬态动力学对采煤机滚筒进行动力学分析,并将得到的重构载荷以时间序列形式加载到截齿上,将结果文件导入ncode中进行截齿和齿座的寿命预测,仿真结果表明:零件寿命最小区域出现在齿座和滚筒叶片的焊接处,说明滚筒截齿在截割煤岩的时候,齿座与叶片的焊接处所受的应力大,存在应力集中现象,焊接后应消除残余应力并作打磨处理。

工况激励下采煤机7自由度非线性振动分析

为了研究采煤机牵引速度对其动力学特性的影响,采用截齿三向力描述采煤机滚筒截割激励,采用赫兹接触理论描述采煤机平滑靴支撑刚度与阻尼,采用间隙条件下齿轮啮合非线性模型描述采煤机导向滑靴与销排间支撑刚度与阻尼,根据拉格朗日动力学方程建立了采煤机整机7自由度动力学模型,采用数值求解方法求解了不同牵引速度下整机的振动特性,结果表明:随牵引速度的增大,对后滚筒的振动位移影响较大,对机身影响较小;机身Y轴方向振动摆角相对较为明显。

不同煤岩硬度下采煤机竖直方向振动特性分析

针对采煤机在实际工作过程中的振动问题,运用多体动力学理论,综合考虑采煤机行走部与刮板输送机之间的接触特性、调高油缸的支撑特性、摇臂的自身刚度以及采煤机滚筒、摇臂、机身各部分之间的连接特性和机身的振动摆角,建立了采煤机竖直方向的6个自由度的动力学模型。并将采煤机滚筒竖直方向载荷作为外部激励,采用数值分析方法,求解了煤岩硬度对采煤机竖直方向振动特性的影响。结果表明:当煤岩的截割阻抗均值在200 k N/m～400 k N/m之间变化时,对采煤机前后截割部的振动位移影响较大,前后滚筒的变化范围分别为13. 42 mm～26. 83 mm、8. 19 mm～16. 37mm,前后摇臂的变化范围分别为5. 31 mm～10. 62 mm、3. 32 mm～6. 65 mm。最后通过实验对模型结果进行了验证。

采煤机摇臂传动系统寿命预测与优化分析

轴承和齿轮寿命是影响采煤机摇臂传动系统可靠性的关键,以MG500/1180型采煤机为对象,采用虚拟仿真分析方法研究其传动系统寿命问题。综合考虑了驱动电机的机械特性、轴承挡边间隙和摩擦、齿轮啮合侧隙及润滑油黏度等因素,运用RomaxDesign建立了包含轴、轴承、齿轮的摇臂传动系统虚拟仿真模型,以试验测得滚筒载荷为外部激励,对传动系统各零件的强度和寿命进行了分析研究,确定了影响传动系统寿命的轴承和齿轮,采用等寿命优化方法对轴承进行选型优化,采用微观几何优化方法对寿命最短齿轮进行修形,结果表明:优化后各轴承寿命基本稳定在采煤机一个检修周期内,其中最短轴承寿命由1.5×104h增至3.97×104h;齿轮最大接触应力由1045.77MPa减至1000.50MPa,寿命由1.003×105h增至7.378×105h,提高了传动系统可靠性。

滚筒实验载荷采煤机斜切工况下振动特性分析

针对斜切工况下采煤机的载荷冲击大、振动剧烈的问题,采用Hertz接触理论描述采煤机行走部与刮板输送机间的接触刚度,运用接触碰撞理论描述导向滑靴与销排间的接触间隙,再基于集中质量法,建立了斜切工况下采煤机侧向上6个自由度非线性动力学模型。以实验测试得到的滚筒轴向截割载荷作为激励,分析了斜切工况下采煤机侧向的振动特性。结果表明:整机振动量随着滚筒截深的增大而增大,前滚筒大于后滚筒、前摇臂大于后摇臂,机身的振动量相对较小,最后通过实验对模型结果进行了验证。

不同牵引速度下采煤机竖直方向振动特性分析

针对采煤机在实际工作过程中的振动问题,运用多体动力学理论,综合考虑采煤机行走部与刮板输送机之间的接触特性、调高油缸的支撑特性、摇臂的自身刚度以及采煤机滚筒、摇臂、机身各部分之间的连接特性和机身的振动摆角,建立了采煤机竖直方向的6个自由度的动力学模型。并将采煤机滚筒竖直方向载荷作为外部激励,采用数值分析方法,求解了不同牵引速度对采煤机竖直方向振动特性的影响。结果表明:当牵引速度在2 m/min～5 m/min之间变化时,对采煤机前后截割部的振动位移影响较大,前后滚筒的变化范围分别为12.332 5 mm～38.910 4 mm、7.524 0 mm～23.739 6 mm,前后摇臂的变化范围分别为4.882 6 mm～15.405 2 mm、3.054 8 mm～9.638 4 mm。最后通过实验对模型结果进行了验证。

钢丝绳芯橡胶输送带细观建模与动态特性仿真分析

对钢丝绳芯橡胶输送带动态特性进行分析与研究是研发绿色节能带式输送机的关键,基于空间坐标变换理论建立钢丝绳芯橡胶输送带数学模型,在此基础上,利用Pro/E参数化建模及扫描、拉伸特征建立输送带三维细观虚拟仿真模型,分别以Ansys中Moonery-Rivlin模型和Bilinear Isotropic定义橡胶覆盖层和钢丝绳属性,设置钢丝绳与橡胶间的界面为固连接触,模拟了正弦载荷作用下钢丝绳芯橡胶输送带动态特性,研究结果表明:轴向位移载荷作用下,钢丝绳芯股轴向变形沿钢丝截面呈层状分布趋势;侧股侧丝轴向变形呈空间二次螺旋线变化分布;各侧股变形量基本相同且侧股中侧丝轴向变形量沿旋向逐渐增大,侧股相对芯股而言轴向变形量更为显著;橡胶覆盖层轴向变形量呈现中间变形量小,四周变形量大的趋势;橡胶轴向平均变形量远大于钢丝绳变形量。研究结果为钢丝绳输送带的结构设计与优化提供参考。

刮板输送机的动态特性分析

针对刮板输送机在实际工作过程中功率不平衡问题,采用多体动力学理论,综合考虑了刮板输送机链条的圆环链之间的接触特性,链条运动过程中与中部槽和物料之间的摩擦及机头、机尾与链条之间的连接特性,建立了刮板输送机多自由度的动力学模型。将刮板输送机的运行阻力作为外激励,利用多领域仿真软件AMEsim求解了采煤机在不同位置时和不同结构参数的刮板输送机动态特性。结果表明:当采煤机从刮板输送机机头到机尾运行的过程中,功率不平衡现象逐渐得到改善,当采煤机位于机尾时,功率平衡效果最好;机尾驱动轮处链条节距的增大,会产生严重的功率不平衡现象。为刮板输送机在现场实际生产过程中提供理论依据。

钢丝绳芯橡胶输送带本构模型参数辨识与变化规律分析

橡胶输送带模型参数辨识是研究大型带式输送机动态特性的关键问题。首先采用黏弹性动力学理论和傅里叶级数拟合方法推导并建立了橡胶输送带标准固体模型的参数辨识方程,并通过实验对辨识方程进行了验证;然后对不同加载条件下实验数据的辨识结果进行了二次多项式拟合,分别获得了加载位移幅值、频率对输送带本构模型参数的影响规律。结果表明:随着加载幅值的增大,黏性系数具有先减小后增大的变化规律,弹性模量E1小幅度增大、E2大幅度增大趋势,随着加载频率的增大,黏性系数、弹性模量E1、E2均逐渐减小;最后,通过实验对拟合公式的准确度进行了验证。

采煤机摇臂齿轮传动系统固-热-力耦合特性分析

针对采煤机摇臂齿轮传动系统瞬态温度高,容易引起齿面胶合的问题,采用齿轮混合弹流润滑理论和虚拟仿真技术研究了不同环境温度下惰轮齿轮的生热特性。以Reolands黏温黏压效应、Ree-Eyring模型、非牛顿流体理论为基础,综合考虑润滑条件下齿轮摩擦因数、齿轮油膜刚度与油膜阻尼、对流换热系数等参数对齿轮传动系统生热效益影响,建立了润滑条件下齿面实时摩擦因数计算公式,再将公式导入COMSOL Multiphysics数学模块中获得了不同初始温度下的摩擦因数值,再以采煤机实验测试载荷为激励,采用COMSOL多体动力学模块与固体传热模块对惰轮齿轮的固-液-热耦合特性进行分析研究,结果表明:环境温度在281.15~311.15 K内,齿轮在啮合节点温度接近于环境温度,环境温度与温差成反比,环境温度与温升成正比。