大采高采煤机行走部关键零部件有限元分析★

雷美荣

（山西大同大学煤炭工程学院， 山西　大同　037003）

试（实）验研究

大采高采煤机行走部关键零部件有限元分析★

雷美荣

（山西大同大学煤炭工程学院， 山西大同037003）

针对采煤机行走部工作环境恶劣，受力较复杂的特点，在分析行走轮和导向滑靴破坏的基础之上，对行走轮和导向滑靴进行有限元分析。结果证明了行走轮和导向滑靴的可靠性与安全性，为采煤机的关键零部件的合理设计提供了一种成本低廉、高效实用的方法。

行走轮导向滑靴有限元

采煤机行走部主要担负着采煤机工作时的移动任务［1-2］，其工作环境恶劣，受力也比较复杂，导致采煤机行走步是故障的多发部位[3-5]。采煤机行走部的性能如果不能保障，采煤机其他功能便不能很好地发挥它的作用。行走部包括三部分：行走机构，行走调速装置，行走传动装置。其中行走机构是采煤机行走部的执行机构。直接影响着采煤机的运行状态，一旦出现问题，整个采煤机的运行将停下来，严重影响采煤的进度和生产效率。现代长壁工作面采煤机大多采用行走轮与销排啮合实现行走，其关键的零部件就是行走轮和导向滑靴。本文将利用ANSYS软件对同煤集团某大采高采煤机的行走轮和导向滑靴进行有限元分析，验证其可靠性和安全性。

1　行走齿轮的有限元分析

行走部上的驱动轮经齿轨轮与刮板输送机上齿条相互啮合，使采煤机得以移动[6]，齿轨轮如果出现故障，整个采煤机将停止运行，因此需要对行走齿轮做强度分析。

如图1所示为采煤机行走齿轮实物图，首先建模，如图2所示。将保存格式设置为igs格式，导入到ANSYS中。对导入中的图像做布尔操作，然后选择Preprocessor，接着选择Modeling命令对该图进行处理。处理完之后就可以选单元类型，选择命令如图3所示。

图1　行走齿轮实物图

图2　行星轮模型的建立

图3　前处理对话框

然后输入材料的弹性模量为2.1e+11，泊松比为0.27。当这些参数都输入完整后，对行走齿轮做网格划分。选择Meshing命令，然后选择MeshTool，划分的结果如图4所示。

根据齿轮的受力特点给该齿轮施加约束，然后施加力。得到齿轮加载图如图5所示，最后进行求解，对所求的结果进行后处理，得到应力云图如下页图6所示。

图4　网格划分图

图5　齿轮加载图

将受力点放大，进一步观察结果，如下页图7所示，由图中数据可知，该齿轮所受最大力为287.084 MPa，小于该材料的许用应力300MPa，符合设计要求。

图6　齿轮受力云图

图7　齿轮受力云图局部放大图

2　导向滑靴

导向滑靴在使用过程中经常出现以下问题：底钩部分断裂、导向侧壁全部断裂[7]，这是由于强度不够所引起的，因此需要对导向滑靴做强度分析。

如图8所示为采煤机导向滑靴实物图，对导向滑靴建模如图9所示，将模型导入到ANSYS中，选择Preprocessor，然后选择Modeling命令对该图进行立体化处理。处理完之后就可以选择适当的处理类型，选择的命令如图10所示，然后设置一下材料的有关属性，泊松比和弹性模量设置的结果如图11所示。

图8　导向滑靴实物图

图9　导向滑靴建模步骤图

图10　前处理对话框

图11　前处理参数设置对话框

这些参数都设定好之后就可以进行前处理最关键的一步，即网格划分。选择Meshing命令，然后选择MeshTool，对该滑靴进行网格划分。结果如图12所示。

然后根据滑靴的运动特征定义一下约束。接下来选择要分析的部位，并且施加上力，根据该滑靴的受力特征，对该滑靴的销孔加载，根据支撑滑靴所受实际载荷，计算出所施加的合力为830 kN。如图13所示，然后求解得到的应力云图如图14和15所示。

图12　网格划分图

图13　加载区域图

图14　滑靴受力云图

图15　滑靴受力云图局部放大

可以看出该销孔所受的最大应力在销孔的下方区域，该销孔所受最大的应力小于许用应力，所以该导向滑靴符合强度要求。

3　结论

1）通过对该采煤机的行走轮和导向滑靴进行有限元分析，验证了两种关键零部件是安全和可靠的。

2）大采高采煤机行走部关键零部件有限元分析为采煤机的关键零部件的合理设计提供了一种成本低廉、高效实用的方法。

[1]张世宗.采煤机销滚轮的改进设计[J].煤，2004（3）：30-31.

[2]郭强，王义亮，杨兆建.采煤机行走部齿轮接触强度的分析[J].矿山机械，2011，39（6）：31-34.

[3]王振乾，汪崇建，周常飞.基于ADAMS的采煤机行走运动学分析[J].煤矿机电，2007（1）：1-2.

[4]魏升，周常飞，汪崇建.采煤机行走轮疲劳寿命仿真分析[J].机械传动，2014（1）：112-118.

[5]周万春，刘中海，佟海龙，等.采煤机行走机构动态有限元分析[J].煤矿机械，2012，33（2）：93-94.

[6]李占权，赵宏梅，闫晓林，等.采煤机行走部的设计[J].煤炭技术.2006，25（7）：9-10.

[7]申磊，李庆茹，雷强，等.采煤机导向滑靴的结构改进及有限元分析[J].煤矿机械，2013，34（10）：165-166.

（编辑：杨婷婷）

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

山西大同大学科学研究项目（2013K3）

雷美荣（1982—），女，讲师，硕士，专业：精密仪器及机械，研究方向：智能测试及其自动化。