采煤机导向滑靴的强度分析及优化改进研究.pdf
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1、244江西煤炭科技2023年第3 期采煤机导向滑靴的强度分析及优化改进研究柳兵兵(霍州煤电辛置煤矿,山西霍州0 3 140 0)摘要:针对采煤机导向滑靴强度不够的问题,本文利用Ansys软件对7 LS2A型采煤机的导向滑靴进行强度分析。结果发现,后导向滑靴在销轴孔部位出现了明显的应力集中现象,应力最大值为52 7.8 4MPa,超过了材料的使用应力490 MPa。将导向滑靴销轴孔直径和钢板厚度分别增加2 mm和10 mm,再次进行强度分析,发现优化后的后导向滑靴,其应力集中最大值降低到了442.6 1MPa,完全能够满足实际使用需要。将优化后的导向滑靴应用到采煤机工程实践中,经现场应用发现达到
2、了预期效果,显著提升了结构件的使用寿命。关键词:采煤机;导向滑靴;强度分析;优化改进中图分类号:TD421.8Abstract:Aiming at insufficient strength of shearer slipper,the paper analyzes the strength of the slipper of the 7LS2A shearerusing Ansys software.The results show that there is a significant stress concentration in the pin hole of the rear sli
3、pper,with amaximum stress of 527.84 MPa,exceeding the materials service stress of 490 MPa.By increasing the diameter of the slipper pinhole and the thickness of the steel plate by 2 mm and 10 mm respectively,the maximum stress concentration is reduced to 442.61MPa,which fully meets the practical nee
4、ds and significantly improves the service life of the structural components.Key words:shearer;slipper;strength analysis;optimization and improvement煤矿开采过程中,采煤机是最关键的机械装备,其性能好坏不仅会影响煤矿的开采效率,还可能威胁生产安全1。随着煤矿开采技术水平的不断提升,煤矿开采效率越来越高,采煤机的整体功率越来越大,对采煤机提出了更高的性能要求,尤其是强度方面要求日益提高2 。导向滑靴是采煤机中的重要机械结构件,主要起导向作用,保障采煤机
5、沿着工作面方向往前推进,其工作时会产生一定的工作载荷,尤其是极端工况条件下,导向滑靴的受力更大,必须具备足够的强度3 。为了保证导向滑靴的工作安全性,有必要利用先进的有限元技术对其受力情况进行分析,找到其结构中存在的问题,进而对结构进行优化改进,确保导向滑靴在极端工况条件下能够正常稳定工作4-1导向滑靴的强度模型的建立1.1三维模型的建立以煤矿中使用的7 LS2A型采煤机为研究对象,对采煤机导向滑靴工作时的强度进行分析。建立强度有限元模型时,首先需要进行三维几何造型。本研究利用Creo三维软件建立导向滑靴的三文献标识码:AStrength Analysis and Optimization I
6、mprovement Research on Shearer SlipperLiu Bingbing(Xinzhi Colliery,Huozhou Coal and Electricity Group,Huozhou,Shanxi 031400)维模型,建模时所有结构尺寸严格按照实际尺寸执行,但对于一些细小结构,比如倒角、倒圆、小孔等直接忽略处理,目的是在保证计算结果精度的前提下,压缩模型的计算时间6 1.2有限元模型建立将建立的三维几何造型通过IGS中间格式导人到Ansys软件中,然后进行材料属性设置以及网格划分。Ansys软件中提供了多种类型的网格单元,选用不同的网格会直接影响计算结果精
7、度。本研究结合导向滑靴的结构特点,选用的是四面体单元网格类型,网格尺寸由软件根据模型整体结构尺寸确定,最终划分得到的单元数量和节点数量分别为13 2 49个和16 98 7 个。材料属性方面,采煤机导向滑靴的加工材料为ZG35CrMnSi,该材料的弹性模量和泊松比分别为2.0 X10llPa和0.3,屈服强度和许用应力值分别为8 3 5MPa和490MPa,将以上参数输入到模型中以便得到准确的结果。导向滑靴分为前导向滑靴和后导向滑靴,对两个导向滑靴的销轴孔全部施加完全约束。本研究模拟的是采煤机处于极端工况条件下的情况,即煤层倾角和采煤机俯仰角均处于最大值。在文章编号:10 0 6-2 57 2
8、(2 0 2 3)0 3-0 2 44-0 32023年第3 期此情况下,两个导向滑靴均需要承受支反力和侧向力。导向滑靴的强度有限元模型如图1所示。ANSYSR15.0图1导向滑靴的强度有限元模型2导向滑靴强度分析结果2.1结果分析完成Ansys有限元模型的分析工作后,可以调取后处理程序对想要的结果进行分析,本文主要关注导向滑靴的强度以及应变情况,所以对导向滑靴的应力分布云图和应变分布云图进行了提取分析。分析结果发现,不管是前导向滑靴还是后导向滑靴,其应力和应变分布均呈现出明显的不均匀性,局部位置出现了比较大的应力和应变集中现象,大部分区域的应力和应变值相对较小。对于前导向滑靴,其应力集中最大
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