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侧臂传动式采煤机的有限元分析

发布于:2016-05-19 18:14
有限元分析

      我国的煤炭的总储量丰富,并且煤炭的存在条件复杂多样,其中可以开采的薄煤层煤炭储量约占全国煤炭总储量的20%左右,为60多亿。截割部作为采煤机重要的组成部分,采煤机滚筒受到的力直接作用在截割部壳体上,因此对其进行合理的结构设计,提高其可靠性是非常必要的,多年来众多学者在有限元分析方面进行了大量的研究。
      本研究对某型号侧臂传动式薄煤层采煤机截割部进行受力分析,通过Pro/EApp建立其三维实体模型,利用ANSYS WorkbenchApp对结构进行有限元分析,并对其进行设计改进,同时对截割部壳体进行了模态分析,为薄煤层采煤机截割部的设计、改进提供参考。
      采煤机截割部壳体受到的载荷主要来自于滚筒的受力,采煤机滚筒受到牵引阻力F,截割阻力F和轴向力F的作用,截割部受力简图如图所示。
      在对截割部受力计算时,首先假设截割部电机通过传动系统传递的功率被滚筒全部消耗,且将作用在截齿齿尖上的阻力分解为垂直于牵引速度方向的截割阻力以及与牵引速度方向相反的牵引阻力。
      所研究的薄煤层采煤机的相关性能参数为:截割功率N=2x100 kW,滚筒转速n=63.12 r/min,滚筒直径D=1 m,截割部上摆角a=14.53°,截割部下摆角a=6.85°,螺旋滚筒端盘截齿的截割宽度L=0.17 m,螺旋滚筒的有效截深Lz=0.7 m。
      建立实体模型时要尽量与实物接近。在此基础上,要考虑实体模型结构的复杂性对ANSYS Workbench计算过程的影响,本研究过程中采用Pro/E创建截割部壳体的三维实体模型,在对壳体的实体建模过程中,考虑有限元分析App分析时的计算速度,忽略了部分不重要的倒角、凸台以及螺纹孔等。截割部壳体模型如图所示。
      采煤机截割部壳体整体铸造而成,材料为ZG35Mn,材料密度为7650 kg/m3,弹性模量为2.06xe5 MPa,泊松比为0.3。
      因为分析的整个模型比较大,为了提高计算效率,设定的网格尺寸比较大,同时对模型的关键部位进行网格加密控制,使得网格划分变得合理,用来调整分析计算准确度同节点与单元数量的关系,减少分析计算所需的时间。网格划分的结果如图所不。经过多次试算后,最终的实体模型划分网格得到的单元总数为248386,节点总数419229。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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