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基于ABAQUS的刮板輸送機齒軌可靠性分析

點擊數:76時間:2014-11-14 13:59:59 來源:百盛機械

摘要:煤礦刮板輸送機是井下最為關鍵的采煤設備之一,受載狀況復雜。而齒軌作為刮板輸送機與采煤機的嚙合部位,承受著采煤機牽引輪的牽引力。齒軌的可靠性,直接影響著采煤機的運行

前言

煤礦刮板輸送機是井下最為關鍵的采煤設備之一,受載狀況復雜。而齒軌作為刮板輸送機與采煤機的嚙合部位,承受著采煤機牽引輪的牽引力。齒軌的可靠性,直接影響著采煤機的運行,進而對采煤工作面正常出煤起著至關重要的的作用。因此,研究齒軌的受載狀況對于提高設設備可靠性,增加工作面出煤效率具有重要的意義。

1、實體模型的建立

利用三維建模分析軟件UG對某型號齒軌、牽引輪以及齒軌座進行了實體建模。首先對齒軌、齒軌座,齒軌銷以及牽引輪進行單獨建模,再將齒軌座按實際位置定位,然后將齒軌裝配于齒齒軌座上,牽引輪裝配于齒軌上。由于中部槽之間為啞鈴銷連接,兩節中部槽之間的齒軌相對于與之連接的齒座有一定的活動間隙,因此,將齒軌銷裝配在兩個齒軌座的長圓孔中。建立并裝配完成的的三維模型。

2、有限元模型的建立

2.1定義材料屬性

根據模型材料,設置牽引輪材料彈性模量206GPa,泊松比0.29 ;齒軌與齒軌座彈性模量210GPa,泊松比0.3。密度均為7850kg/m;

2.2設置分析步

為了研究齒軌在牽引輪的動力作用下的響應,設置分析步為Dynamic-Explicit(動力學一顯式)分析步。同時,設置質量縮放系數以合理降低運算成本。

2.3定義相互作用

將兩旁兩個齒軌與齒軌座的圓孔約束;然后將中間的齒軌與兩端銷孔中的兩個銷子固定,并通過兩個銷子與齒軌座的兩個長圓孔接觸,以實現對相鄰中部槽間的活動齒軌的模擬;設置模型的接觸方式為適合于Dynamic-Explicit的通用接觸。其主要作用位置為牽引輪齒與齒軌的接觸部位,以及中間齒軌上的齒軌銷與齒軌座長圓孔的接觸。

2.4定義邊界條件與載荷

將齒軌座固定;設置牽引輪以5.2r/min的轉速沿齒軌運動,并在牽引輪軸心設置與運動方向相反的牽引力300kN,同時約束牽引輪其它自由度。

將調試好的模型提交分析,得到齒軌與牽引輪嚙合的動力學有限元分析結果。在牽引輪經過第一節齒軌時,由于牽引輪受到牽引力的作用,在嚙合部位出現較大的應力。齒軌與牽引輪的接觸面上的最大應力為410MPa。因此,在設計齒軌時,應在保證設備正常工作的情況下,盡量增大與牽引輪的接觸面,以降低接觸表面應力,提高齒軌耐磨性。牽引輪從第二節齒軌運動到第三節齒軌時的應力狀況。圖中反映出,此時齒軌也受到了較大的應力,最大應力達到了570MPa。這是由于在第二節齒軌沿牽引輪運動方向的反向滑動后,第二節齒軌與第三節齒軌間的間距加大,從而導致牽引輪在進入第三節齒軌時嚙合困難,嚴重影響著設備的可靠性。

3、結論

3.1齒軌在負載工況下與采煤機牽引輪嚙合的接觸表面受到較大的表面應力,最大應力為410MPao

3.2在牽引輪進入槽幫間的齒軌時,齒軌產生相對滑動,引起沖擊效應,導致最大接觸應力達到540MPao

3.3在牽引輪退出槽幫間的齒軌,進入下一節齒軌時,由于齒軌節距變化,給正常嚙合帶來了困難,導致最大接觸應力達到570MPao

結果表明,在牽引輪跨過兩節齒軌時,齒軌受力狀況最差,接觸面最大應力達到540MPa。為進一步改進齒軌設計提供了參考。

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