新型采煤机行走部力学性能分析与可靠性评估研究

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当今世界采煤机已经朝高可靠性、高产量、大功率的方向发展,这对采煤机关键零部件与采煤机系统可靠性提出更高的要求。我国现今采煤机行走部行走机构寿命较短,行走部出现损坏维修等问题直接导致采掘作业停工,维修与更换行走轮费时费力问题严重威胁煤矿企业生产效率所带来的经济效益。为此本文对原有采煤机行走机构进行重新设计,介绍一种重新设计的采煤机行走机构,并主要对其关键零部件进行静力学分析、动力学分析、动态渐变可靠性及其敏感参数的灵敏度分析。(1)为探究采煤机行走部受力规律,分析了采煤机整机受力情况,建立了整机力学模型。得到了随采煤机摇臂摆动角度的变化,左侧行走部与右侧行走部所受支撑力变化趋势是相反的,同时对行走部侧向受力情况作了分析。为改善行走部受力情况,对行走部进行了结构优化设计,采用双排轮行走机构代替原来的单排轮行走机构,并对导向滑靴做分体式设计,便于拆卸,得到了新型的采煤机行走部。(2)通过Solidworks建立采煤机新型行走部与原有行走部的三维实体模型,利用有限元方法对新型行走部与原有的行走部进行静力学分析,得到了行走机构的弯曲应力、接触受力情况,同时分析了销排的受力情况,发现新型行走部受力情况相比于原有的行走部大大优化。在此基础上考虑新型行走部中的行走轮的轮齿啮合状态不同时,轮齿受力情况的变化,为改善轮齿受力状况提出了建议。(3)为研究采煤机行走部传动系统的冲击振动情况,建立了采煤机行走机构传动系统动力学模型,并由Newmark-β法进行了求解。发现行走轮在该系统中振动位移最大,对其时域与频域结果进行了分析,并计算得到了行走部齿轮副的动态啮合力,发现行走轮与销排的动态啮合力最大。为防止失效,进一步计算了行走轮与销排之间的动态接触与弯曲应力,发现其均在合理的范围内。(4)针对采煤机单列双排轮行走机构,考虑到环境变化及载荷冲击问题,提出了考虑强度退化的行走部动态渐变可靠性模型,并由蒙特卡洛方法进行了验证,更加符合实际工程应用。在此基础上,分析了行走部工况参数和结构参数的灵敏度,为后期进行产品设计和调节提供了指导。
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