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基于ABAQUS的刮板输送机齿轨可靠性分析

点击数:76时间:2014-11-14 13:59:59 来源:百盛机械

摘要:煤矿刮板输送机是井下最为关键的采煤设备之一,受载状况复杂。而齿轨作为刮板输送机与采煤机的啮合部位,承受着采煤机牵引轮的牵引力。齿轨的可靠性,直接影响着采煤机的运行

前言

煤矿刮板输送机是井下最为关键的采煤设备之一,受载状况复杂。而齿轨作为刮板输送机与采煤机的啮合部位,承受着采煤机牵引轮的牵引力。齿轨的可靠性,直接影响着采煤机的运行,进而对采煤工作面正常出煤起着至关重要的的作用。因此,研究齿轨的受载状况对于提高设设备可靠性,增加工作面出煤效率具有重要的意义。

1、实体模型的建立

利用三维建模分析软件UG对某型号齿轨、牵引轮以及齿轨座进行了实体建模。首先对齿轨、齿轨座,齿轨销以及牵引轮进行单独建模,再将齿轨座按实际位置定位,然后将齿轨装配于齿齿轨座上,牵引轮装配于齿轨上。由于中部槽之间为哑铃销连接,两节中部槽之间的齿轨相对于与之连接的齿座有一定的活动间隙,因此,将齿轨销装配在两个齿轨座的长圆孔中。建立并装配完成的的三维模型。

2、有限元模型的建立

2.1定义材料属性

根据模型材料,设置牵引轮材料弹性模量206GPa,泊松比0.29 ;齿轨与齿轨座弹性模量210GPa,泊松比0.3。密度均为7850kg/m;

2.2设置分析步

为了研究齿轨在牵引轮的动力作用下的响应,设置分析步为Dynamic-Explicit(动力学一显式)分析步。同时,设置质量缩放系数以合理降低运算成本。

2.3定义相互作用

将两旁两个齿轨与齿轨座的圆孔约束;然后将中间的齿轨与两端销孔中的两个销子固定,并通过两个销子与齿轨座的两个长圆孔接触,以实现对相邻中部槽间的活动齿轨的模拟;设置模型的接触方式为适合于Dynamic-Explicit的通用接触。其主要作用位置为牵引轮齿与齿轨的接触部位,以及中间齿轨上的齿轨销与齿轨座长圆孔的接触。

2.4定义边界条件与载荷

将齿轨座固定;设置牵引轮以5.2r/min的转速沿齿轨运动,并在牵引轮轴心设置与运动方向相反的牵引力300kN,同时约束牵引轮其它自由度。

将调试好的模型提交分析,得到齿轨与牵引轮啮合的动力学有限元分析结果。在牵引轮经过第一节齿轨时,由于牵引轮受到牵引力的作用,在啮合部位出现较大的应力。齿轨与牵引轮的接触面上的最大应力为410MPa。因此,在设计齿轨时,应在保证设备正常工作的情况下,尽量增大与牵引轮的接触面,以降低接触表面应力,提高齿轨耐磨性。牵引轮从第二节齿轨运动到第三节齿轨时的应力状况。图中反映出,此时齿轨也受到了较大的应力,最大应力达到了570MPa。这是由于在第二节齿轨沿牵引轮运动方向的反向滑动后,第二节齿轨与第三节齿轨间的间距加大,从而导致牵引轮在进入第三节齿轨时啮合困难,严重影响着设备的可靠性。

3、结论

3.1齿轨在负载工况下与采煤机牵引轮啮合的接触表面受到较大的表面应力,最大应力为410MPao

3.2在牵引轮进入槽帮间的齿轨时,齿轨产生相对滑动,引起冲击效应,导致最大接触应力达到540MPao

3.3在牵引轮退出槽帮间的齿轨,进入下一节齿轨时,由于齿轨节距变化,给正常啮合带来了困难,导致最大接触应力达到570MPao

结果表明,在牵引轮跨过两节齿轨时,齿轨受力状况最差,接触面最大应力达到540MPa。为进一步改进齿轨设计提供了参考。

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