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仿真

基于有限元分析的掘进机回转台研究

发表时间: 2015-10-24  作者: 马吉生  
关键字: 掘进机  回转台  瞬态动力学  耐久性  
复杂的煤矿井下,掘进机回转台需要承担因煤岩介质变化而受到交变载荷激励,其受力变化较大,应力和应变情况比较复杂。因此,对其回转台进行有限元分析是十分必要的。通过应用NX软件建立EB2260掘进机回转台的三维模型,应用NX Nastran进行了静态力学分析、模态分析、瞬态动力学分析及耐久性分析。为其优化结构设计和提高性能与可靠性提供了理论依据。

0 引言

    掘进机在煤矿井下作业,其工况条件复杂。当掘进巷道特别是煤岩巷时,回转台需要承受因煤岩介质变化而受到交变载荷激励,其受力变化较大,造成应力和应变情况比较复杂。因此对掘进机回转台进行模态、强度、瞬态、耐久性的分析是非常必要的。通过理论分析,能够为回转台的结构优化设计提供理论依据,从而能够提高掘进机作业性能与运行可靠性。

1 回转台的静态力学分析

    回转台由6组联接孔构成结构主体,其中截割部的升降油缸、回转油缸与截割部联接都是通过6组联接孔通过销轴与回转台联接。回转台与回转支承内环通过回转台上沿圆周分布的孔通过销轴联接,从而实现掘进机回转台与本体架的联接,回转台三维模型如图1所示。

图1 回转台的三维模型

    当掘进机掘进运行作业过程中.回转台主要受以下几个外部载荷激励:①掘进掏槽作业时行走部驱动力F1;②截割部升降油缸所受载荷F2;③截割部回转油缸所受载荷F3;④截割部所受的自身重力对回转台产生的弯矩M。当截割部在煤岩介质变化的环境下运行时受到的作用是变化的,因此需要考虑其最恶劣的工作工况下的受力情况。考虑到实际工作情况较为复杂,其中动态工况较静态工况下危险:截割部在水平位置时较其他有角度的位置工况下危险。因此通过定性分析选取掘进机截割部处于水平位置工况条件下,回转台的受力情况如图2所示。

图2 回转台受力图

    对回转台的三维模型进行静态力学分析时,需要定义模型材料属性,包括材料的密度、杨氏弹性模量以及泊松比。本文研究的回转台材料是ZG35CrMo钢材,密度为7850kg/m3,弹性模量为2.06x1011Pa,泊松比为0.29。模型材料属性定义完成后,进行有限元分析,包括对模型网格划分,在最恶劣工况条件下对回转台施加载荷激励。最后通过静态解算分析得到回转台的应力云图,如图3所示,在对回转台施加载荷激励时需要注意以下几点:

图3 回转台的应力云图

 

责任编辑:郝秋红