MG2x150/700-WD采煤机摇臂传动系统行星架有限元分析_采煤机截割部传动系统
摘要 针对MG2x150/700-WD型采煤机摇臂传动系统行星架进行有限元分析。 关键词 采煤机;行星架;有限元分析 中图分类号:TD421.6 文献标识码:B 文章编号:1671-489X(2010)18-0093-02
Finite Element Analysis of Planetary Carrier of Ranging Arm Driving System of MG2x150/700-WD Shearer//Zhang Jishun, Wang Xiwen, Tan Zhonghai
Abstract The purpose of this paper is to introduce finite element analysis (FEA) of planetary carrier of ranging arm driving system of MG2x150/700-WD shearer.
Key words shearer; planetary carrier; finite element analysis (FEA)
Author’s address Jixi Coal Mining Machinery CO., Ltd., Jixi, Heilongjiang, China 158100
由于采煤机工作条件恶劣,加之环境空间受到严格限制,因而,采煤机工作的可靠性必须得到足够的重视。从采煤机部件受力来看,在工作中常出现行走部导向滑靴破坏,截割部行星机构中行星架损伤等问题。因此,为了提高采煤机的技术质量及保证采煤机工作过程中的可靠性,有必要对其零件进行受力分析。本文针对MG2x150/700-WD型采煤机摇臂传动系统行星架进行有限元模拟分析。该机采用多电机驱动、横向布置,采高1.2～2.0米,机面高度低,装机功率大,具备截割硬煤、夹矸和过断层的能力,使用条件恶劣,对其进行有限元分析具有一定的代表性。
1 创建模型及分析受力
有限元模型是通过Pro/e建模(图1)直接导入而得,考虑到施加载荷及网格划分方便,将原有三维图进行部分修改(51个花键改为5个花键,花键长度变为100 mm),完全不会影响计算结果,有限元模型如图2所示。工作过程中行星架受2个扭矩作用,一个来自滚筒,另一个来自摇臂内部的传动机构。
行星机构的扭矩==50 529.1 N・m。n表示截割部输出转速(低速);P表示截割电机功率。
1)行星架花键一端所受切向力===39 6307 N。D1表示花键分度圆直径,则每个花键所受切向力Ft1=Ft/5=79 261.4 N。考虑到花键压力角α=30°,作用在花键侧面的力=Ft1/cos30°=91 525.87 N。作用在花键侧面积上的应力=/A1=91 525.87 N/718 mm2=127.47 MPa。A1表示花键侧面积。
2)行星轮轴对行星架的切向力。工作过程中行星轮轴与行星架接触面均为轴孔的半面,因此为四行星机构,则施加在每侧轴孔半面上的切向力Ft′==0.25×
50 529.1 N・m/150 mm=84 216 N。/2表示行星轮轴心到行星架轴心的距离。每侧孔半面的面积A2=πd1l1/2+d2l2/2=π60×43/2+π72×52/2=9 929 mm2。l1、l2表示行星架一侧两轴孔的深度;d1、d2表示行星架一侧两轴孔的直径。则每侧轴孔半面的切向应力Ft′/A2=8.48 MPa。
2 有限元模拟分析
ANSYS软件是集成结构、热、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件。ANSYS用户涵盖了机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、生物、医学和教学科研等众多领域。
2.1 网格划分及加载
此次结构分析利用ANSYS软件,单元类型采用十节点的SOLID92单元,网格划分精度为5级,如图3所示。材料属性中弹性模量E=2×105 MPa,泊松比。将与花键一端相对应的圆环面完全固定约束,载荷分别加在花键侧面及行星架轴孔半侧面,方向相反。
2.2 通用后处理
经计算得到行星架在工作状态下的各个参数模拟云图,如图4～图6所示。
2.3 结果分析
由图4和图5可知,模型所受最大应力值为230.273 MPa,出现在行星架轴孔的底部,与预想的基本一致。并且此行星架为锻件,材料采用35CrMnSi,屈服应力1 280 MPa,安全系数。当行星架为铸件时,材料采用ZG35CrMnSi,屈服应力 MPa,安全系数。设计时 应该将模型上最大应力点处进行合理处理,减小应力集中,避免局部破坏。
参考文献
[1]机械设计手册[M]北京:化学工业出版社,2004
[2]李贵轩,李晓豁.采煤机设计[M].沈阳:辽宁大学出版社,1994
[3]刘春生.滚筒式采煤机理论设计基础[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003
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