截割机构范文（精选7篇）

截割机构 第1篇

极薄煤层采煤机的螺旋滚筒, 是采煤机的重要工作机构[1,2]。它集截割、破碎和装煤于一体, 其作用能否有效发挥将直接影响采煤机的整机使用性能。采煤机截割机构的运动参数是采煤机设计基础理论之一, 其直接影响着采煤机装煤效果的好坏、工作的稳定程度、截齿磨损的快慢、功率消耗大小等方面[3,4,5]。现阶段对其运动参数的研究非常少, 因此对其进行运动学的分析对于提高采煤机截割机构的性能有着重要的意义。

1 截割机构工作原理简介

采煤机螺旋滚筒是一个带有螺旋叶片的圆柱体, 截齿装在焊于螺旋叶片上的齿座套中。工作时滚筒由截割电机通过减速机提供旋转动力, 在牵引电机的牵引下作径向移动, 通过螺旋滚筒上的截齿进行切削煤层实现落煤, 再由螺旋叶片把煤沿滚筒的轴线方向推出并通过叶片的旋转力及角度抛进工作面运输机[6]。

本文以MG100/130-BFD型极薄煤层采煤机为例, 利用Solid Works建立采煤机截割机构三维简化模型, 介绍一种独特布置形式的工作机构, 如图1所示。该型采煤机采用滚筒在采空侧, 靠近刮板输送机, 截割臂在煤壁侧, 并且滚筒轴与煤壁成350°角的M型布置。这种布置方式可使采煤机截割部机身藏于滚筒后, 使整机机身能够顺利地在滚筒截割出的通道内运行。而且滚筒与输送机之间的装煤通道被完全打开, 没有任何结构阻挡装煤, 保证了装煤通道的顺畅。为了适应这种滚筒布置方式, 将滚筒的螺旋叶片设计成一种三段不同螺旋升角的螺旋线型, 以保证割煤、推煤、抛煤连续进行, 达到理想的装煤效果。

2 新型螺旋滚筒的运动学分析

2.1 运动学分析原理简介

新型极薄煤层采煤机截割机构中构件与地面或构件与构件之间存在运动副的联接, 这些运动副可以用系统广义坐标表示为代数方程, 这里仅考虑完整约束[7]。设表示运动副的约束方程数为nh, 则用系统广义坐标矢量表示的运动学约束方程组为

考虑运动学分析, 为使截割机构具有确定运动, 为截割机构施加的自由度 (nc-nh) 驱动约束:

此驱动约束是截割机构广义坐标和时间的函数。驱动约束在其集合内部及其与运动学集中必须是独立和相容的, 在这种条件下, 截割机构将作确定运动。

2.2 截齿运动学仿真建模

由文献[8]可知:当采煤机以恒定牵引速度vq牵引时, 截齿的运动轨迹如图2中虚线所示。其中xoy为不动坐标系, x1oy1为随滚筒轴心移动的坐标系。设在某时刻时滚筒上的截齿M位于oy轴上的M0点, 当经过一段时间t以后, 滚筒转过φ角, 此时滚筒轴心位于O1, 而截齿M0移动到M1点, 曲线M0M1为截齿M的运动轨迹。此时, 可以写出其运动方程:

由上式可得到截齿的运动轨迹方程:

对式 (3) 求导的截齿的运动速度方程:

2.3 运动学仿真分析

COSMOS Motion是一个全功能运动仿真软件, 与当今主流的三维CAD软件Solid Works无缝集成, 可对复杂机械系统进行完整的运动学和动力学仿真[9]。

利用Solid Works三维建模功能建立极薄煤层采煤机截割机构三维模型, 然后进入COSMOS Motion环境, 根据采煤机截割机构的布置形式和运动方式, 加载动力, 使截割机构沿X轴向匀速运动, 同时螺旋滚筒沿自身转轴匀速旋转[10,11,12,13], 如图3所示。

图4为选取的截齿的运动轨迹线仿真示意图, 从图中可清楚地观察到截齿的切削包络线能很好地包裹住采煤机身, 避免了机身与煤壁的干涉。

图5为截齿在X、Y、Z方向上的运动位移曲线。从图中可以看出:截齿沿采煤机切割方向的运动是循环前进的。由图5可准确计算出截齿对煤壁切割一周的实际最大切削厚度, 甚至得到产生这实际最大切削厚度的位置。而且根据截齿的运动轨迹及其截齿在螺旋滚筒上的分布情况就可以得到截齿的切削图。这对于理论分析采煤机某些实际问题具有重要的理论意义。

图6和7是截齿的运动速度和加速度曲线图。截齿做复合运动, 从图中可看出截齿的运动速度是各不相同的, 加速度是周期变化的。截齿的运动参数影响截齿截割时的静、动态参数, 对截齿的截割性能有很大影响。从图6可看出截齿各个方向上的速度是变化的, 即在坐标轴上的分量也是变化的, 这是由采煤机截割煤层运动的连续性决定的。由图7可知, 在截齿截割过程中加速度是变化的, 必然存在着变化的力, 这种变化的力就必然会对截齿的截割性能产生作用。同时, 采煤机在工作过程中截齿相对于煤壁的角度也是时刻在变的, 如果角度波动过大会使截齿后刃面接触煤壁, 加速截齿磨损, 增加了截割阻力。这对于准确分析螺旋滚筒的截割性能有重要的理论意义。

3 结论

通过对新型极薄煤层采煤机截割机构的运动学仿真分析可知:其独特的布置形式很好地避免了截割臂对煤壁的干涉;截齿的运动轨迹是循环前进的, 通过运动轨迹曲线可得到截齿截割时的最大切屑厚度和切削图;截齿在各个方向上的速度和加速度是周期变化的。这对于分析优化采煤机的运动参数, 合理研究采煤机某些实际问题和截割机构的截割性能有着重要的理论和现实意义, 并给设计新型采煤机滚筒提供了理论依据, 也扩展了采煤机滚筒布置形式的设计思路。

摘要：根据运动学原理, 运用SolidWorks的三维建模和仿真功能, 建立了新型极薄煤层采煤机仿真模型, 进行运动学仿真, 得到滚筒截齿的运动轨迹曲线、速度曲线和加速度曲线。由仿真结果可知, 截齿做复合运动, 其运动轨迹是循环前进的, 各个方向上的速度和加速度是周期变化的。该项研究为研究新型极薄煤层采煤机运动参数对工作性能的影响提供了理论方法和依据。

掘进机截割头设计 第2篇

截割部工作时, 驱动截割电动机通过减速器带动截割头旋转, 利用装在截割头上的截齿破碎煤岩。截割头纵向推进力由行走机构提供。截割机构铰接于回转台上, 并借助于安装在截割部和回转台之间的升降液压缸和安装于回转台与机架之间的两个回转液压缸, 实现整个截割机构的升、降和回转运动, 由此截割出任意形状的断面。

掘进机的工作效率主要取决于截割头的设计, 截割头要求各截齿负荷均匀, 切割平稳, 摆动小;截割比能消耗低, 截齿消耗少;切割效率高, 产生粉尘量小。

1 设计简述

截割头的主要参数包括:截割头的长度、直径、锥角、螺旋叶片的头数与升角、截线间距等, 这些参数直接影响掘进机的截割性能。

1.1 截割头的长度

截割头的长度不仅与截割阻力的大小有关, 还影响机器工作的循环时间和生产率。因此, 必须合理地选取截割头的长度。

由于工作面煤壁附近的煤岩有压张效应, 在压出带范围内, 煤岩的抗截强度明显减弱, 截割能力和单位能耗降低。因此, 截割头的长度应设计在压出带范围内。

若截割头较长, 对提高掘进机的生产率有利, 但却使截割阻力和能耗增加。若截割功率不能满足要求, 可能因阻力太大, 使悬臂摆动的速度降低, 截割循环的时间增长, 影响掘进速度。如果截割头设计的太短, 虽然可以利用自由面和地压作用, 但由于钻进深度小, 将使掘进速度降低。所以, 纵轴式掘进机截割头的长度应与截深相当, 一般可取500~800m m, 大功率的掘进机可取为1000m m左右。

1.2 截割头的直径

截割头的直径通常指平均直径, 其大小直径直接影响掘进机的截割力和进尺速度。当截割头的功率和转速一定时, 截割头的输出扭矩是常数, 截割头所具有的截割能力与截割头的直径成反比。若截割头的直径过大, 将使切割能力降低。如果截割力小于截割阻力, 就不能完成截割任务。相反, 若截割头的直径太小, 虽然可以获得较大的切向截割力, 但由于截割循环时间加长, 而影响掘进速度, 使生产率降低。通常, 纵轴式掘进机的截割头直径为600~900mm, 大型掘进机可取到1000m m。

1.3 截割头的锥角

为了获得较平整的巷道顶板、底板和两帮, 应结合悬臂的长度和回转中心的位置来合理的确定截割头的锥角。

对于确定的掘进机, 其截割头的锥角是定值, 对任意形状的巷道, 一般不能同时满足上述要求。因此, 就难以同时获得平整的顶板、底板和侧帮。一般锥形截割头的锥角可取为30°~50°。

1.4 螺旋头数和升角

螺旋叶片的头数及升角的大小影响截割头的排屑量。螺旋头数越多, 要保证截齿数截割顺序有规律、同时截割的齿数不变等要求就越困难而且使结构复杂, 截割头重量增加。试验表明, 螺旋头数应小于4个。经分析认为, 不宜采用单头螺旋, 尤其是在较坚硬煤岩的条件下, 为了降低每个截齿的载荷和磨损, 应减小截线距。对于单头螺旋, 就要取较小的螺距, 这将使截割的块度减小, 粉尘增多, 而且使截割头排屑能力降低。因此, 螺旋头数一般选为两头或三头, 对于中小型掘进机多采用两头螺旋叶片。

螺旋升角对截割头的排屑过程影响比较复杂, 关于最佳螺旋升角的取目前尚无确切的结论。在具体设计中, 对于两头和三头螺旋叶片可取升角大于12°。

1.5 叶片的厚度和高度

叶片厚度的确定主要考虑其强度、刚度和耐磨等因素, 并和齿座是否布置其上有关。进行准确的计算很麻烦, 一般可根据实际情况类比确定, 通常取其厚度为10~30mm。

叶片高度影响排屑效果, 应按截割头不堵塞的条件分析确定, 因为对其计算相当复杂, 所以通常可参照其他同类机型确定, 一般取50~80m m。

1.6 截线距

截线距的大小不仅能影响截割阻力和截落煤岩的块度, 而且与单位能耗、截割效率有关。一般, 对于裂隙少, 崩落角小的中硬煤岩, 截线距取为30~50mm;而裂隙多, 崩落角大的脆性煤或软煤岩, 可取为50~70mm。考虑在不同钻进深度时的截割阻力不同, 截割头前端的截线距应该小一些, 而后部的截线距应适当加大。另外, 还要考虑截线距与切削厚度的合理比值, 一般为1.5~2.5。

2 结语

截割头是掘进机的工作机构, 主要功能是破碎和分离煤岩。在截割头的每一转中, 如果同时参加切削的各个截齿都从岩石带中切下同样大小体积的煤岩, 达到每个刀齿受力相等、磨损相同、运动平稳, 这是截割头设计的最佳目标。为了实现掘进机工作效率最大化, 现阶段国内外学者专家和各企业都在潜心研究。

参考文献

[1]陶驰东.采掘机械.北京:煤碳工业出版社, 1993.

[2]王虹, 李炳文.综合机械化掘进成套设备.第一版.江苏:中国矿业大学出版社, 2008.

[3]濮良贵, 纪名刚.机械设计.第七版.北京:高等教育出版社, 2001.

截割头体加工工艺研究及应用 第3篇

截割头体作为掘进机上的关键零件, 质量要求高, 加工工艺复杂, 制造难度大, 其性能直接影响零件的使用寿命, 文章对加工过程中的难点进行分析, 制定合理的加工工艺过程, 保证产品的质量要求。

1 图纸要求及分析 (图1)

从上图1中可以看出截割头体为锥形体, 所有表面需要加工, 图示简图上截割头体最主要的加工难度是空间角度孔 (其中15个为注水孔) 及其相应的平面, 最后每个空间孔处焊上截齿座, 内腔的水穿过空间角度孔从截齿座喷出, 实现其功能。加工难点有:

(a) 整个零件由多个单零件焊接装配构成;

(b) 复杂的空间角度孔, 部分数据如表1;

(c) 加工和装夹不容易实现。

一般的加工设备不能满足空间角度孔的加工要求, 需要用到五轴联动机床, 但是设备成本较高, 通常企业不具备, 想要解决空间角度孔的加工, 选择现有三轴联动卧室镗铣床加工中心 (TOS) , 并且设计相应的工装来实现孔系的加工。

2 加工工艺

此零件主要工艺路线如下:毛坯铸造, 调质, 车加工1, 焊接1, 孔系加工, 焊接2, 车加工2 (图2) 。

(1) 毛坯铸造。

(2) 调质处理, 关键铸钢件需进行热处理。

(3) 车加工1, 选用立式或者卧式车床, 用夹具在小端面使得零件固定, 先加工大端面内孔及外表面, 然后调转加工小端外表面和工艺中心孔, 及Z向尺寸也可以在此工序划出对应基准, 用于后续加工工序工艺参考。

(4) 焊接1, 在截割头内部焊接内花键套 (组焊件) 。

(5) 孔系加工, 除了普通孔系的加工, 此处还涉及到空间角度孔的加工, 有圆周角θ, 倾角β, 需要选用三轴联动卧室镗铣床加工中心, 通过工作台的转动, 并且配合工装的设计, 分别实现倾角β角度, 圆周角θ之间的匹配关系。

(6) 焊接2, 导料料板、截齿座按照加工的孔系逐个焊接上去。

(7) 车加工2, 由于多次的焊接, 零件会存在一定的变形, 此车加工工序作为最后的精车工序, 消除焊接带来的应力变形。

3 总结

针对该零件选用上述工艺加工, 结合现有机床设备, 设计相应加工工装, 合理安排制造资源, 满足产品质量要求的同时, 也节约了生产成本, 为后续相似产品的系列化生产提供了相关经验。

参考文献

[1]王先逵.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社, 2011.

掘进机截割头设计分析 第4篇

关键词：截割头,头体,螺旋叶片,截齿

引言

掘进机是集截割、装运、行走、操作等功能于一体,主要用于截割任意形状断面的井下岩石、煤或半煤岩巷道。工作时,截割头把岩石切割破落下来,装载机构把破碎的岩渣转运至机尾部卸下,由后面的矿车或皮带运走,从而大大地降低了工人的劳动强度,缩短劳动时间,提高掘进进尺。

截割头是掘进机关键部件,其功率消耗占据了整机效率的80%左右。截割头分为纵轴式和横轴式,纵轴式采用铣削原理破坏煤岩,而横轴式则靠剥削方式破坏岩层。由于破坏煤岩机理不同,纵轴式主要用于较硬岩石,而横轴式则用于较软岩石,因此纵轴式掘进机市场需求量也大得多。本文主要分析纵轴式掘进机的截割头。

纵轴式掘进机截割头由头体、截齿、截齿座和螺旋叶片组成。

头体通常有圆锥形、圆柱形和圆锥加圆柱三种形式。圆锥形截割头利于钻进工作面,但由于垂直于头体母线布置的截齿是向前倾斜,当截割头摆动截割时,截齿承受较大的侧向力,截齿容易折断;圆柱形头体则不容易钻进工作面,同时,截割出的底板和顶板呈锯齿形,支护困难,增加了辅助时间,增加了劳动强度;而圆锥加圆柱则较好的解决了截齿易断和不利于钻进工作面的问题。目前掘进机截割头设计时主要采用圆锥加圆柱的形式。

截齿则分为刀形齿和镐形齿,刀形齿采用径向安装,刀体部分承受较大弯矩,刀体需要很高的强度;而镐形齿截割阻力近于截齿轴线方向,齿的弯矩小,固定简单,设计合理时,可使截齿在工作时自磨刃,保持齿尖锋利,减小截割阻力,延长截齿寿命。

螺旋叶片是沿着截齿座螺旋升线采用耐磨钢板焊接在截割头体上,具有保护截齿和排削的作用。

截割头设计经验参数如下:

1 截割头的长度

截割头的长度直接决定截割阻力和截割效率。若截割头较长,利于提高生产率,但截割阻力和耗能增加,设备故障率增大,使用寿命短;若截割头较短,则钻进深度小,掘进速度低,效率低。根据使用及设计经验,截割头长度一般在800mm左右,功率较高的,可适当增加到1000mm。

2 截割头的直径

截割头在设计时直径一般按头体加上截齿的大径。截割头直径的大小直接影响截齿的受力,直径越大,截齿阻力也越大,单位时间截割效率也越高,但截齿磨损也严重,经济效益不好;截割头直径小,影响效率,掘进进尺少。根据实际使用和设计经验,截割头直径一般在900mm~1200mm之间。

3 螺旋叶片头数和升角

螺旋叶片的头数及升角的大小影响截割头的排屑效果。螺旋头数越多,要保证截割顺序有规律,同时再满足截割齿数不变等要求就越困难,而且使结构复杂、截割头重量增加。试验表明螺旋头数不超过3个。单头螺旋不宜采用,特别是在较坚硬的条件,单头螺旋减小螺距,使截割的块度减少,粉尘增多,而且降低排屑能力。螺旋升角对截割效率和截齿的磨损起决定作用,主要根据掘进机工作方式和截割头形体尺寸来确定。根据实际使用和设计经验,螺旋叶片一般为3个,螺旋升角在45~48度之间取值。另外,在排列截齿时应使每条螺旋线的齿数相等,且工作的齿数基本不变。

目前对截割头分析的不足:

以上对截割头的设计分析是从工程应用角度进行的,未综合考虑围岩特性、地质条件、截割速度等因素。另外,在基础研究方面也比较薄弱,适合我国煤矿地质条件的截割载荷谱没有建立,没有完整的设计理论依据,计算机动态仿真等方面还处于空白;在元部件可靠性、截割方式和新型式的合金刀头材料等核心技术方面与国外有较大差距。

结语

通过对截割头的基本分析结合国内掘进机截割头使用现状,给出了截割头设计的指导数据。后面工作中将进行计算机模拟,找出理想状态下,截割头长度、直径、螺旋线头数、螺旋间距、螺旋升角和截齿排列等之间内在关系,将最优的结果应用到工程实践,来验证设计效果。

参考文献

[1]李晓豁.掘进机截割头设计与研究[M].北京:华侨出版社,1997.

[2]黄日恒.悬臂式掘进机[M].徐州:中国矿业大学出版社,1996.

采煤机截割部传动齿轮接触分析 第5篇

接触是一个复杂的非线性问题,齿轮的啮合是一种典型的接触行为[1]。传统的分析和设计方法也逐渐不能适应设计的要求,而新兴的分析和设计方法正越来越被认同和采用,如王立华和李润方利用有限元理论和数值分析方法,对高速重载齿轮系统在加载和离心力共同作用下的变形和强度进行了分析[2],研究了离心力对该系统的影响和动态响应,利用三维啮合弹塑性接触有限元方法对高速重载齿轮进行了接触强度分析。赵健对齿轮啮合接触非线性分析模型及响应面分析方法进行了阐述[3];郭辉以齿轮接触分析为基础,采用三维接触有限元方法计算了面齿轮副的啮合过程中及其它参数变化时弯曲应力的变化[4];仰荣德利用分形理论计算了凹凸啮合齿轮传动的接触强度[5];孙建国等利用ANSYS/LS-DYNA的显式动力学计算方法,对不同转速下的齿轮副进行了动力接触分析,得出标准渐开线齿轮由于弹性变形导致较大的啮入冲击,齿轮修形后啮入冲击得到明显改善[6]。本文利用ANSYS Workbench作为仿真平台对采煤机截割传动齿轮进行了静力接触分析。

2 理论分析齿轮接触强度计算[7]

传统齿轮接触应力的计算公式是以两圆柱体接触的接触应力公式为基础,结合齿轮的参数导出的。1881年赫兹按照弹性力学的理论,导出了两个弹性圆柱体接触表面最大接触应力的计算公式。

式中,“+”用于外接触,“-”用于内接触,其中,Fn为法向压力,N;σH为接触应力,MPa;b为齿轮的宽度,mm;ρ1、ρ2分别为两轮接触点处的曲率半径,mm;E1、E2为齿轮材料的弹性模量,MPa;μ1、μ2为两轮材料的泊松比。齿面接触强度的条件是σH[σH],[σH]为许用接触应力,MPa。

3 建立模型

在CAXA电子图板绘图软件中有绘制齿轮的模块,可以方便地绘制出变位齿轮的二维模型。本文在CAXA中建立截割部齿轮的二维图形,保存成IGES格式,导入Pro/E软件,选择mmns_part_solid模板,分别以x=0、y=0、z=0建立相互垂直的三个面,用绘图命令画出齿轮的内圆,并拾取齿轮的齿廓曲线,经过拉伸建立三维模型。新建组件,选择mmns_asm_design模板,创建两个轴线,并用销钉的方式对两个齿轮进行装配,然后在机构模块中完成齿轮啮合。本文是对采煤机截割部传动齿轮进行分析,齿轮参数如表1所示。

4 有限元分析

4.1 模型导入

ANSYS Workbench是ANSYS有限元分析软件的新一代产品,其功能强大,可以自动识别接触面。ANSYS12.1可以和Pro/E5.0建立连接,在Pro/E5.0点击ANSYS12.1中的Workbench选项,打开ANSYS Workbench12.1,如图2所示,在工具箱里的Analysis Systems中可以直接拖动Static Structural到A2中,如图3所示。双击A2中的Geometry,导入几何模型并可以对几何模型进行编辑,选择单位mm。

4.2 设置接触面

齿轮传动过程是单双对轮齿交替接触,对单对齿轮接触进行分析。双击B3将一对装配好的齿轮模型导入ANSYS Workbench仿真环境中,ANSYSWorkbench会自动在啮合处添加为绑定接触,删除绑定接触,建立摩擦接触,并设定摩擦系数为0.2。利用ANSYS Workbench接触向导定义目标面、接触面,建立接触对,以主动轮轮廓面作为接触面,从动轮轮廓面为目标面,设置接触刚度因子Stiffness Factor为1.0,如图4所示。接触面的设置是仿真计算时间和精度的关键,物理上,接触体间不相互渗透。因此,程序必须建立两表面间的相互关系以阻止分析中的相互穿透。对非线性实体表接触,可使用罚函数或增强拉格朗日公式。对于刚度因子的设定,刚度增加,渗透会减少,而刚度太大有可能会产生病态的矩阵,从而使计算不收敛。

4.3 设置材料属性

在Engineering Data选项中对齿轮材料进行设置,齿轮材料选择18Cr2Ni4WA,齿面渗碳硬化层有效深度1.9-2.3mm,齿面淬火58-62HRC,其力学特性为:弹性模量为2.021011Pa,泊松比为0.3,质量密度为7800kg/m3,接触疲劳极限σHlim=1600MPa。

4.4 划分网格

在ANSYS Workbench中,网格划分是作为一个体单独的工具平台,为ANSYS的不同求解器提供相应的网格文件,网格划分可以是自动生成的,也可在指定区域进行特定的网格划分。在没有指定接触区域的单元大小时,软件会自动进行网格的划分,这里采用了多体扫掠型划分网格,并在接触面进行网格加密,接触面网格单元为0.8mm,如图5所示。

4.5 添加约束条件和施加载荷

在ANSYS Workbench的仿真环境中,主动轮围绕其中心轴旋转,完成与从动齿轮的啮合。主动轮中心轴的切线方向应为自由的,在轴线方向和径向为固定的。因此在主动轮的中心施加“Cylindrical Support”,并将“Tangential”设定为“Free”,将“Radial”和“Axial”设定为“Fixed”,在从动轮内孔表面施加“Fixed Support”,然后在主动轮的内孔表面加载顺逆时针扭矩,这里是对齿轮进行静力接触分析,所以在主动轮内孔表面加上齿轮正常传动时的3倍扭矩,数值为29238.9Nm。

5 计算结果分析

5.1 接触应力和等效应力分析

图6为接触力分布图,图7为主动轮和从动轮的等效应力分布图。由图6和图7可以看出,两齿轮压应力发生在齿轮的接触面上,接触应力最大为1082.1MPa。等效应力最大为830.92MPa,此应力值小于材料的接触应力极限。由两图可以看出,当齿轮啮合传动时,应力集中分布在齿轮的齿面接触部分,且接触应力在两端处减小,等效应力云图可以直观看出整个齿轮的应力分布情况。图8为等效应力在齿宽方向上的分布,图9为剪切应力在齿宽方向的分布,由图可以看出最大应力出现在两端处,这是因为在两端处的剪切应力最大,最大值为478.46MPa。利用赫兹公式计算可得最大接触应力为1105MPa,比有限元软件计算结果大,但两者相差不到2.3%,其结果是可信的。

5.2 等效应变和安全系数分析

图10是齿轮啮合接触时的等效应变,最大应变是0.0041135,齿轮在此力矩下的应变很小,在传动时不会产生太大的偏差,从而造成更大的振动。在ANSYS Workbench中还可以查看齿轮在受力作用下的安全系数,从而确定齿轮啮合时最容易磨损破坏的区域。图11为齿轮啮合时的安全系数分布图,由图可以看出,齿轮最容易破损的地方出现在齿轮接触部位,其最小安全系数为1.33,齿轮是可以在此力矩下安全运行的。

6 结论

(1)传统分析只能计算出齿轮单对接触的最大接触应力,不能看出应力分布,而通过ANSYS Workbench对齿轮传动时主动轮和从动轮啮合时的接触情况进行分析,可以直观地看到应力主要集中区域、齿轮的弹性应变、剪切应力及各部分的安全系数等问题。

(2)由等效应力集中分布分析,可以采用倒角或修形方式减小齿宽两端的应力,为齿轮修形设计提供参考。

(3)利用有限元分析软件能够有效地对齿轮进行仿真,可以减少实验费用,提高产品设计效率,为产品生产赢得时间。

参考文献

[1]谢最伟,吴新跃,陈艳锋.人字齿轮齿面应力的接触元分析[J].机械设计,2007,24(10):26-27.

[2]王立华,李润方,林腾蛟,等.高速重载齿轮的有限元分析[J].中国机械工程,2003,14(20):1774-1776

[3]赵健,张国智.齿轮啮合接触非线性分析模型及响应面分析方法[J].南京航空航天大学学报,2009,41(4):550-554.

[4]郭辉,赵宁,方宗德,等.基于接触有限元的面齿轮传动弯曲强度研究[J].航空动力学报,2008,23(8):1438-1442.

[5]仰荣德.凹凸啮合齿轮接触强度计算的分形方法研究[D].合肥:合肥工业大学,2009.

[6]孙建国,林腾蛟,李润方,等.渐开线齿轮动力接触有限元分析及修形影响[J].机械传动,2008(32):57-59.

[7]邱宣怀.机械设计[M].北京:高等教育出版社,1997:26-28.

采煤机截割部一轴结构研究 第6篇

关键词：一轴,耐磨,漏油

0 引言

采煤机截割部一轴组件主要由1齿轮轴、2轴承、3油封座、4油封、5耐磨套、6O型圈组成, 见图1, 工作原理为齿轮轴带动轴承内圈、耐磨套与油封相对转动, 由齿轮油进行润滑, 其合理结构设计可提升采煤机截割部传动件的可靠性。

1 漏油分析原因

1.1 部品不良

在井下拆卸过程中我们发现如下问题, 采煤机摇臂一轴耐磨衬套工作不到一个月, 就磨损严重, 致使油封与耐磨套之间间隙过大, 无法进行密封。被油封划出沟槽, 见图2。造成摇臂一轴电机处漏油。

1.2 装配不当

我司研发人员去矿上解决MG710采煤机左截割部一轴漏油故障, 经过实际考察与服务工程师描述, 拆卸后仔细检查耐磨衬套的磨损状况, 发现耐磨衬套的镀铬表面完好, 没有出现油封高速旋转造成的磨损情况, 但发现油封的唇部有裂口, 见图3。

经询问得知MG710采煤机在出厂下井工作之后一轴进行过一次拆解, 矿工由于经验不足在拆解装配过程中导致油封翻唇, 多次旋转磨损出现裂口, 造成漏油故障, 对出现的二次非正常装配, 服务工程师和矿方均表示认同。

因为装配一轴齿轮轴时, 油封处于盲装状态, 建议此处装配时提供相应工装, 按工艺规范作业, 避免油封发生翻唇现象, 导致漏油故障发生。

1.3 维护不当

油封齿轮腔内齿轮油需要定期进行检查并进行维护, 如检查过程中发现齿轮油清洁度不达标的问题需要进行更换齿轮油, 以保油封在良好的工作环境下工作。

综上所述, 采煤机一轴油封漏油故障主要原因:a.与油封唇口接触的耐磨衬套表面镀铬硬度不够;旋转过程中, 油封将耐磨衬套划出划痕, 导致漏油。b.井下装配过程中油封处于盲装状态, 油封发生翻唇现象, 油封非正常工作, 导致漏油。

2 故障解决方案

实施方案:取消耐磨衬套与O型圈, 见图4, 减少漏油环节, 将齿轮轴与油封接触段进行特殊工艺处理, 三种处理方案如下:

(1) 轴表面渗碳淬火[1], 表面硬度58HRC-62HRC (655HV-745HV) , 硬化层深度1.2-1.6mm, 加工外圆时磨削加工, 且只允许径向进刀, 见图5。

(2) 轴表面采用激光熔覆[2]工艺, 表面硬度62HRC-64HRC (745HV-795HV) , 硬化层深度0.5-1mm, 加工外圆时磨削加工, 且只允许径向进刀, 见图6。

(3) 轴表面采用油封专用SKF轴保护衬套, 见图7。

SKF轴保护衬套壁厚0.254mm, 均在一侧有一个可拆卸的安装法兰, 以易于安装且每个衬套同时提供安装工具。此套拆卸方便, 易于更换。

3 试验验证

三种方案均用到同一机型上, 在矿上进行对比耐磨试验, 验证结果如表1。

4 结论

经过对比试验, 发现采煤机截割部一轴使用方案2 (激光熔覆) 工艺耐磨时间优于其它两种。

但当激光熔覆轴长时间工作表面出现划痕时, 修理轴通常要拆卸机器, 将轴拆下来然后进行修复, 再打磨直至其重新符合要求, 影响矿方生产。为进一步提高一轴的耐磨性, 可在有划痕的轴上装上方案3中的SKF轴保护衬套, 此套安装方便, 不必拆下受损的轴, 将SKF轴保护衬套装在轴上后, 可以继续运行, 延长轴的耐磨寿命。

参考文献

[1]张晗亮.渗碳淬火齿轮接触疲劳强度可靠性试验[J].石油机械, 1995 (05) .

[2]赵文强, 苗鸿宾, 梁艳.采煤机截齿的激光熔覆修复技术研究[J].煤矿机械, 2012.

采煤机记忆截割控制系统研究 第7篇

1 采煤机记忆截割的工作原理

采煤机的记忆截割是传感器技术和计算机技术发展的产物, 是基于智能化操控系统的控制策略。其工作原理是在示范模式下, 采煤机在司机的控制下根据采煤工作面煤层的高低起伏条件截割一刀的操作。智能化控制系统实现了对采煤机运行工作的行程位置、滚筒的高度位置、采煤机的运行姿态和牵引方向速度等信息数据的记录和分析, 能找出最优的截割路径, 然后启动记忆截割模式。采煤机的工作系统在智能系统的控制下自动跟踪第一刀的截割路径, 实现了截割过程的自动化。但在煤层条件出现较大变化时, 自动控制系统会发出告知信息, 需要采煤机司机手动控制采煤。在这种情况下, 控制系统会自动记忆调整过的工作参数, 替换之前存储的数据, 为以后切割时滚筒的调高提供数据依据。这种工作方法是可以采取人工干预的自动化操作方式, 司机可以及时调整滚筒的位置, 并不受采煤机记忆数据和运行状态的限制。

2 采煤机记忆截割控制的实现

2.1 采煤机的工作流程

采煤机在正常工作中, 需要沿着托板运输机导轨既定的方向行进, 机械设备的左右摇臂只能在机身平面的相对范围内转动。采煤机在行进时, 由于自身的速度会产生一定的加速度, 所以需要准确掌握采煤机的精确位置、左右摇臂与机身的夹角角度、采煤机的行走速度和加速度的数值。这样就可以复现采煤机工作运行的过程和司机的截割操作等, 为记忆截割控制系统的有效工作提供保障。

2.2 采煤机记忆截割控制策略

采煤机的滚筒在实际的切割工作中由于牵引速度、煤层品质和切割深度的不同, 导致对象模型参数出现较大的非线性即时变性, 不能依靠简单的几何计算和数学解析模型实现对采煤机的精确控制, 但经验丰富的司机可以利用机械的操作记忆曲线采取适当的调高控制措施。因此, 采煤机记忆截割技术的重要控制策略是将人工熟练的技术应用到自动截割流程中去。

2.3 记忆截割控制系统的硬件设计

采煤记忆截割试验台由检测系统、控制系统和执行机构三部分构成。其中, 系统的检测模块由三轴加速度传感器、旋转编码器、单周陀螺仪、左右摇臂角度传感器和采集卡组成, 其有效运行依靠传感器捕捉的信号实现对采煤机空间姿态的有效判断, 数据信息在控制器的分析、比对后被发送至执行机构, 从而实现对操作行为的有效控制。根据采煤机的工作原理, 我们为试验台设置了自动控制和手动控制操作功能。手动控制是自动控制的配合和补充, 由司机利用键盘或按钮实现对采煤机试验台的左右牵引和滚筒上下调高的控制。手动控制中, 不同功能的控制按钮可以控制系统不同的执行部件。通过采集卡的数字口, 输出经放大器放大后的驱动继电器, 实现机械设备的左右摇臂升降、左右牵引和停止等操作。

PLC作为可编程逻辑控制器, 是采用可编程的存储器对逻辑运算、顺序控制、定时等指令进行存储和分析, 并通过模拟式输入和输出或数字控制方式指挥机械设备行进的生产过程。PLC控制器是大型机械设备常用的执行控制器, 但由于其体系结构的封闭性, 各厂家的硬件体系互不兼容, 需要在采煤机机械中安装与其对应的元件。

2.4 控制系统中记忆数据的存储

在记忆截割的设计过程中, 最关键的问题是存储记忆数据。首先要确保数据的及时性和准确性, 为后期的处理提供真实、可靠的信息源。在存储记忆数据时, 既可以利用文件或文档类存储的方式将需要保存的数据按顺序存储在文件中, 在需要时调用该文件, 还可以在硬件资源配置完备的情况下, 在程序中建立一个静态存储表, 当程序运行时, 直接读写数据, 而操作结束后, 数据可以重新发送回Flash中, 防止掉电或系统误操作等造成的数据丢失。

2.5 记忆截割中采煤机位置的确定

在采煤机的记忆截割过程中, 要基于机械设备的位置和工作过程设计程序, 利用可靠的传感器、定位器等检测和记录位置信息。由于采煤机本身有一定的长度, 且自身的长度比行走距离的精度要求值要大很多, 因此不能将机械设备作为一个质点来确定采煤机的位置, 而要选择采煤机中的左牵引电机作为测量点。采煤机的位置通过多种软硬件协助检测的方式实现精准测定, 通过牵引电机同轴编码器测得的实时转速或变频器控制单元测量的牵引电机的转速来计算当前位置, 保证在一种检测方式失效时采煤机能继续正常工作。在采煤机牵引中, 由于机械原因会形成累积误差, 因此要在支架上安装具有位置修正功能的位置同步器, 以保证测量位置的可信度。

3 结束语

经过大量的常规工作实验和智能系统的分析, 采煤机记忆截割控制实现了系统的宏观设计和逐层功能的搭建, 形成了简单易行的记忆截割策略, 对采煤系统的优化设计和多余功能模块的删减等具有重要作用, 充分保障了系统性能的稳定、可靠, 有助于提高矿山作业的安全性, 降低生产成本和劳动强度, 推动我国煤炭机械朝着自动化、智能化的方向发展, 为安全、高效的采煤机综采面的设计打下了良好的基础。

摘要：采煤机是综合机械化采煤的核心设备, 其中, 采煤机滚筒的自动记忆调高是自动化采煤工艺的重要环节, 其能够保证煤炭的质量和设备的可靠性。通过系统研究采煤机记忆截割控制系统, 分析其工作原理和系统设计, 为煤炭产业的有序发展提供支持。

关键词：采煤机,记忆截割,控制系统,采煤工艺

参考文献

[1]张福建.电牵引采煤机记忆截割控制策略的研究[D].北京:煤炭科学研究总院, 2007.