【摘 要】
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采煤机是井工煤炭生产的主要机械设备,截割部是其最重要的工作部件。由于截割部承担着破煤的任务,会与煤层直接接触,滚筒所承受的冲击载荷会剧烈波动,传动系统的关键零部件容易发生故障,而对于采煤机传动系统进行动力学分析是解决零部件故障的前提之一,但是在对以往学者的研究成果进行归纳和总结时,发现现有对截割部传动系统的研究多采用静态电机,动力学仿真中无法体现电动机的机械特性。所以,本文基于某大型交流电牵引采煤
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采煤机是井工煤炭生产的主要机械设备,截割部是其最重要的工作部件。由于截割部承担着破煤的任务,会与煤层直接接触,滚筒所承受的冲击载荷会剧烈波动,传动系统的关键零部件容易发生故障,而对于采煤机传动系统进行动力学分析是解决零部件故障的前提之一,但是在对以往学者的研究成果进行归纳和总结时,发现现有对截割部传动系统的研究多采用静态电机,动力学仿真中无法体现电动机的机械特性。所以,本文基于某大型交流电牵引采煤机,构建了截割部传动系统机电耦合动力学模型,研究了其传动系统在截割动载荷下的动力学响应、截割部关键零件行星架的强度及疲劳寿命。本文研究内容主要分为如下四部分。为了研究冲击动载荷条件下,考虑采煤机截割部电动机的机械特性时,截割部机电传动系统的动力学响应,在ADAMS中建立了采煤机截割部传动系统动力学模型,在Simulink中建立了截割部电动机模型,通过ADAMS/Controls模块联合传动系统模型与电动机模型,进行机电耦合仿真并对结果进行分析。得到了冲击载荷下传动系统各齿轮的动力学响应,并提取行星架的加速度时频域曲线,进行了分析,证明了该机电耦合模型能够反映电动机的机械特性。为了获取滚筒负载,对采煤机截割煤岩的过程进行了模拟仿真。构建截割部滚筒和煤岩层的几何模型,导入Mechanical APDL进行网格划分等有限元前处理,接着导出K文件通过显式动力学软件LS-DYNA进行求解,得到了滚筒截割煤岩所受三向力和轴向转矩,为后续研究提供载荷。基于柔性多体系统建模理论,通过Mechanical APDL建立一、二级行星架的柔性体模型,替换ADAMS中的刚体模型,构建了截割部刚柔耦合模型。进行了考虑机电耦合和不考虑机电耦合条件下刚柔耦合动力学仿真,分析截割载荷下行星架的应力分布和载荷规律。研究发现了一、二级行星架的应力集中区域,以及应力集中区域的应力时间历程。通过ANSYS Workbench对关键零部件行星架进行了静强度分析,并利用n Code疲劳软件对其进行了疲劳寿命分析,得出了一、二级行星架的疲劳寿命。通过本文对采煤机截割部机电耦合系统的研究,为相似的机电耦合系统的动力学研究分析提供了思路和方法。
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