雷美榮

（山西大同大學煤炭工程學院， 山西　大同　037003）

試（實）驗研究

大采高采煤機行走部關鍵零部件有限元分析★

雷美榮

（山西大同大學煤炭工程學院， 山西大同037003）

針對采煤機行走部工作環(huán)境惡劣，受力較復雜的特點，在分析行走輪和導向滑靴破壞的基礎之上，對行走輪和導向滑靴進行有限元分析。結果證明了行走輪和導向滑靴的可靠性與安全性，為采煤機的關鍵零部件的合理設計提供了一種成本低廉、高效實用的方法。

行走輪導向滑靴有限元

采煤機行走部主要擔負著采煤機工作時的移動任務［1-2］，其工作環(huán)境惡劣，受力也比較復雜，導致采煤機行走步是故障的多發(fā)部位[3-5]。采煤機行走部的性能如果不能保障，采煤機其他功能便不能很好地發(fā)揮它的作用。行走部包括三部分：行走機構，行走調速裝置，行走傳動裝置。其中行走機構是采煤機行走部的執(zhí)行機構。直接影響著采煤機的運行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)問題，整個采煤機的運行將停下來，嚴重影響采煤的進度和生產效率。現(xiàn)代長壁工作面采煤機大多采用行走輪與銷排嚙合實現(xiàn)行走，其關鍵的零部件就是行走輪和導向滑靴。本文將利用ANSYS軟件對同煤集團某大采高采煤機的行走輪和導向滑靴進行有限元分析，驗證其可靠性和安全性。

1　行走齒輪的有限元分析

行走部上的驅動輪經齒軌輪與刮板輸送機上齒條相互嚙合，使采煤機得以移動[6]，齒軌輪如果出現(xiàn)故障，整個采煤機將停止運行，因此需要對行走齒輪做強度分析。

如圖1所示為采煤機行走齒輪實物圖，首先建模，如圖2所示。將保存格式設置為igs格式，導入到ANSYS中。對導入中的圖像做布爾操作，然后選擇Preprocessor，接著選擇Modeling命令對該圖進行處理。處理完之后就可以選單元類型，選擇命令如圖3所示。

圖1　行走齒輪實物圖

圖2　行星輪模型的建立

圖3　前處理對話框

然后輸入材料的彈性模量為2.1e+11，泊松比為0.27。當這些參數都輸入完整后，對行走齒輪做網格劃分。選擇Meshing命令，然后選擇MeshTool，劃分的結果如圖4所示。

根據齒輪的受力特點給該齒輪施加約束，然后施加力。得到齒輪加載圖如圖5所示，最后進行求解，對所求的結果進行后處理，得到應力云圖如下頁圖6所示。

圖4　網格劃分圖

圖5　齒輪加載圖

將受力點放大，進一步觀察結果，如下頁圖7所示，由圖中數據可知，該齒輪所受最大力為287.084 MPa，小于該材料的許用應力300MPa，符合設計要求。

圖6　齒輪受力云圖

圖7　齒輪受力云圖局部放大圖

2　導向滑靴

導向滑靴在使用過程中經常出現(xiàn)以下問題：底鉤部分斷裂、導向側壁全部斷裂[7]，這是由于強度不夠所引起的，因此需要對導向滑靴做強度分析。

如圖8所示為采煤機導向滑靴實物圖，對導向滑靴建模如圖9所示，將模型導入到ANSYS中，選擇Preprocessor，然后選擇Modeling命令對該圖進行立體化處理。處理完之后就可以選擇適當的處理類型，選擇的命令如圖10所示，然后設置一下材料的有關屬性，泊松比和彈性模量設置的結果如圖11所示。

圖8　導向滑靴實物圖

圖9　導向滑靴建模步驟圖

圖10　前處理對話框

圖11　前處理參數設置對話框

這些參數都設定好之后就可以進行前處理最關鍵的一步，即網格劃分。選擇Meshing命令，然后選擇MeshTool，對該滑靴進行網格劃分。結果如圖12所示。

然后根據滑靴的運動特征定義一下約束。接下來選擇要分析的部位，并且施加上力，根據該滑靴的受力特征，對該滑靴的銷孔加載，根據支撐滑靴所受實際載荷，計算出所施加的合力為830 kN。如圖13所示，然后求解得到的應力云圖如圖14和15所示。

圖12　網格劃分圖

圖13　加載區(qū)域圖

圖14　滑靴受力云圖

圖15　滑靴受力云圖局部放大

可以看出該銷孔所受的最大應力在銷孔的下方區(qū)域，該銷孔所受最大的應力小于許用應力，所以該導向滑靴符合強度要求。

3　結論

1）通過對該采煤機的行走輪和導向滑靴進行有限元分析，驗證了兩種關鍵零部件是安全和可靠的。

2）大采高采煤機行走部關鍵零部件有限元分析為采煤機的關鍵零部件的合理設計提供了一種成本低廉、高效實用的方法。

[1]張世宗.采煤機銷滾輪的改進設計[J].煤，2004（3）：30-31.

[2]郭強，王義亮，楊兆建.采煤機行走部齒輪接觸強度的分析[J].礦山機械，2011，39（6）：31-34.

[3]王振乾，汪崇建，周常飛.基于ADAMS的采煤機行走運動學分析[J].煤礦機電，2007（1）：1-2.

[4]魏升，周常飛，汪崇建.采煤機行走輪疲勞壽命仿真分析[J].機械傳動，2014（1）：112-118.

[5]周萬春，劉中海，佟海龍，等.采煤機行走機構動態(tài)有限元分析[J].煤礦機械，2012，33（2）：93-94.

[6]李占權，趙宏梅，閆曉林，等.采煤機行走部的設計[J].煤炭技術.2006，25（7）：9-10.

[7]申磊，李慶茹，雷強，等.采煤機導向滑靴的結構改進及有限元分析[J].煤礦機械，2013，34（10）：165-166.

（編輯：楊婷婷）

The Finite Element Analysis of Coal Mining Machine Walking Part Key Parts

LEI Meirong
（Department of Coal Engineering，Datong University of Shanxi，Datong Shanxi 037003）

According to the coal winning machine walking department characteristics of poor working conditions and complicated stress.On the basis of the walking wheel and the guided sliding boots's damages，the finite element analysis was carried out on the walking wheel and guided sliding boots.The results proved its reliability and security，which find a low cost，provides high efficient and practical method for the key components of coal winning machine reasonable design.

walking gear，guided sliding boots，finite element

TD421.6

A

1672-1152（2016）04-0017-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.07

2016-06-22

山西大同大學科學研究項目（2013K3）

雷美榮（1982—），女，講師，碩士，專業(yè)：精密儀器及機械，研究方向：智能測試及其自動化。