SGZ10003×1000 链轮振动响应分析.pdf

就容易损坏。 弯曲变形的活塞杆，一般采取调直-焊 补-加工-电镀的工艺过程进行修复。 活塞杆调直存 在2个突出问题①存在残余变形；②调直幅度较 大的部位其内部组织可能出现裂隙。 所以调直后要 进行热处理调质以稳定金属内部组织，否则，难以 保证质量。 这2个问题直接影响活塞杆的刚度，而 且稳定性验算反映不出来。 在这种情况下，即使通 过稳定性验算、额定工作载荷下也可能产生弯曲变 形，导致推移千斤顶失效。 6结语 （1）液压支架大修中修复利用的推移千斤顶活 塞杆存在残余变形，实际工作中，在其额定载荷下 产生弯曲变形导致推移千斤顶失效； （2）液压支架大修中修复利用推移千斤顶活塞 杆要进行经济性分析，如将实施完整工艺过程修复 利用的成本与更新对比决策，同时充分考虑到其生 产安全可靠性； （3）液压支架大修中应对立柱及各种千斤顶的 活塞、导向套装用的尼龙导向环进行更新，以维持 其导向及保护性能的有效寿命周期； （4）综采面液压支架安装和生产中要重视其与 刮板输送机溜槽连接的相对位置，采取有效措施控 制输送机下滑，以改善推移千斤顶工作中的受力状 况。 同时，从产品研发设计方面注意改进推移千斤 顶工作过程中的导向性能。 参考文献 ［1］刘贤波,崔梅生,张传伟，等.液压支架用液压油缸活塞杆弯曲稳 定性的验算分析［J］.煤矿机械, 2008,29167-70. ［2］尚慧岭,赵恒,陈志刚,等.液压支架立柱胀缸分析及防治［J］.煤矿 机械,2010,319168-170. ［3］尚慧岭,樊晋予,赵恒,等.液压支架立柱缸体不锈钢镶套修复［J］. 煤矿机械,2010,3111183-185. ［4］尚慧岭,刘宏晓,张新永,等.掩护支架平衡连接座损坏原因分析 ［J］.煤矿机械,2010,313220-222. ［5］尚慧岭.液压支架的生产安全可靠性研究及应用［J］.液压与气动, 20116103-108. ［6］郭怀亮,杨天凯,黄白炎,等.液压支架推移机构与关连机构尺寸配 合研究［J］.煤矿机械,2010,31126-28. ［7］李莉,桑盛远,张学瑞,等.基于COSMOSWORKS的液压支架推移 耳结构强度分析［J］.煤矿机械,2011,32284-86. 作者简介 尚慧岭（1953-）， 河南开封人，高级工程师,现从事 煤矿设备管理工作，研究方向摩擦润滑学及故障诊断,发表论文30 多篇,电子信箱huiwu030. 责任编辑王海英收稿日期2012－03－13 煤矿机械 Coal Mine Machinery Vol.33No.09 Sep. 2012 第33卷第09期 2012年09月 0引言 刮板输送机是综采工作面主要的机械化运煤 和卸煤设备。 因此驱动链轮对输送机的传动性能、 生产效率和寿命有着至关重要的作用。 链轮的齿形 设计不合理，链轮与链环啮合不稳定或者产生较大 冲击载荷，就会产生较大振动、噪声及加速磨损，造 成脱链。 根据疲劳破坏发生时的应力循环次数，将 疲劳破坏分为高周疲劳和低周疲劳。 其中，高周疲 SGZ1000/31000 链轮振动响应分析 崔凯 1， 刘混举1， 王海军2， 乔金虎3 （1.太原理工大学 机械学院， 太原030024；2.神华神东煤炭集团 有限公司， 陕西 神木719315； 3.山西忻州通用机械有限公司， 山西 忻州034000） 摘要 针对SGZ1000/31000链轮进行受力分析，然后加载载荷。 采用模态分析法、直接时 间积分等数值方法进行模拟性实验仿真。 来解决链轮在高周期疲劳应力幅值中的链轮响应分析。 从而为刮板输送机设计提供一定的参考和借鉴。 关键词 链轮；NX nastran； 振动响应分析 中图分类号TH132.45 文献标志码A文章编号1003 － 0794（2012）09 － 0113 － 03 SGZ1000/31000 Sprocket Vibration Analysis CUI Kai1，LIU Hun-ju1, WANG Hai-jun2, QIAO Jin-hu3 （1. Taiyuan University of Technology，College of Mechanical Engineering，Taiyuan 030024，China；2. Shenhuan Shendong Coal Group Corporation Limited，Shenmu 719315，China；3. Shanxi Xinzhou General Machinery Co., Ltd., Xinzhou 034000，China） AbstractSGZ1000/31000 sprocket mechanical is analysed, and then load the measured load. Using modal analysis, numerical s such as direct time integration simulation do experiment simulation. The sprocket in the high cycle fatigue stress amplitude of the sprocket response analysis is to solve. Scraper conveyor is designed to give some reference. Key words sprocket; NX nastran; vibration response analysis 113 劳受应力幅控制，循环应力脉动冲击较大，弹性变 形可能变为破坏性变形。 1链轮有限元模型建立 （1 ）用 UG软件进行实体建模 链轮几何参数如下 链轮齿数N7 链环公称直径d48 圆环链公称节距p160 链轮轮轴半径R 链环48160 （2）链轮有限元模型 网格划分，采用3D，CTERA（10）。 单元大小为 41.9； 中间节点法， 混合方法， 部件中的单元总数13 571；部件中的节点总数24 309。 2载荷约束条件计算 已知刮板输送机运输量M3 000 t/h；运行速度 v1.59 m/s，链轮角速度ω280 /s，稳定运行工况下 的方程为 U（x，t）|t0 x 0 乙 F（x，0） k 坠U（x，t） 坠t |t0v0 U（0，t）＝ t 0 乙R1ω01cos（ω01＋φ01）dt U（L，t）＝ t 0 乙R2ω02cos（ω02＋φ02）dtU（L，0） U（2L，t）＝ t 0 乙R1ω01cos（ω01＋φ01）dtU（2L，0 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙 乙乙 乙 ） 式中F（x）输送机静阻力表达式； k阻尼系数； R1、R2链轮半径和链轮的节圆半径； ω01、ω02链轮稳定运行角速度； φ01、φ02啮合初相角； v0刮板输送机稳定运行速度。 代入直接响应状态矩阵 ［Mhhp2BhhpKhh］｛uh｝｛ph｝（6） ［Kdd］［Kdd1］［Kdd2］（7） ［Bdd］［Bdd1］［Bdd2］ g ω3 ［Kdd1］ g ω4 ［Kdd4］（8） ［Mdd］［Mdd1］［Mdd2］（9） 式中Mdddd阶质量矩阵迭代后式子； Mdd1迭代前1次质量矩阵； Mdd2迭代前2次质量矩阵； Kdddd阶刚度矩阵迭代后式子； Kdd1迭代前1次刚度矩阵； Kdd2迭代前2次刚度矩阵； Bdddd阶阻尼矩阵迭代后式子； Bdd1迭代前1次阻尼矩阵； Bdd2迭代前2次阻尼矩阵； ω33阶模态振型向量； ω44阶模态振型向量； g常系数； Mhh当前计算的质量矩阵； Bhh当前计算的阻尼矩阵； p上次迭代的冲量； uh位移方程； ph需要求得的冲量。 图1为实测功率图谱。 图1系列功率图谱 3加载约束及载荷 （1）加载载荷 加载载荷为以分布函数形式进行加载， 利用 NX nastran中字段定义进行加载。 见表1。 表1加载工作状况下载荷 （2）约束 对链轮花键联接处，施加约束；对链轮链窝接触 链条侧施加x向强迫约束；根据参考文献[3]、[4]；加 载约束和载荷图如图2所示。 图2链轮加载载荷图 4响应分析过程及最终结果分析 由NX nastran结算如图3图6所示。 为准确观 察链轮的变形状况， 将模型图变形结果设定为整体 模型的10， 模型的应力变形图如图3～图6所示。 最大应力统计如表2所示。 表2最大应力统计 图33阶应力图图44阶应力图 图55阶应力图图66阶应力图 扭矩T/Nm 1.5107 常量 阻力矩T′/Nm -8.23106 Fu（n1）χ2（n1） 力F1/N 968 300 0,1,0 Fu（n1）χ2（n2） 力F2/N 871 200 0,1,0 Fu（n1）χ2（n2） 力F3/N 938 200 0,1,0 Fu（n1）χ2（n2） 力F4/N 842 400 0,1,0 Fu（n1）χ2（n2） 名称 均值 矢量方向 分布函数形式 模态 应力/MPa 3阶 96.78 4阶 90.68 5阶 161.00 6阶 173.81 第33卷第09期Vol.33No.09SGZ1000/31000链轮振动响应分析崔凯，等 1 时间t/s 功率104/kW 0 50 100 150 200 250 25497397121 145 169193 217241265289 90.69 83.12 75.57 68.01 60.46 52.90 45.35 37.79 30.24 22.68 15.13 7.57 0.02 90.78 88.71 80.65 72.59 64.52 56.46 48.40 40.33 32.27 24.21 16.13 8.08 0.01 161.00 147.59 134.17 120.76 107.35 93.93 80.52 67.11 53.69 40.28 26.87 13.56 0.04 173.61 159.33 144.84 130.36 116.99 101.39 86.91 72.43 57.94 43.46 20.90 14.49 0.01 114 根据参考文献[5] 阻尼系数Viscous4.832； Hysteretic1.767；由参考文献[2]算出对于应力变形 振荡节点Node [16 554]， 易发生疲劳断裂处节点 23714处的传递性曲线。 选取频率起始值0，频率终 止值为1 000 000.00 Hz， 附加频谱线为5阶时状 态，插值方式为对数。 得出传递性曲线（图略），冲击 加速度如图7。 图7冲击加速度 设定瞬态冲击，持续时间为0.05 s，在竖直方向施 加采煤机采煤过程中，落煤造成的冲击，截取0.05 s 内的冲击加速度记录。冲击加速度曲线如图7所示。 则容易发生折断位置的薄弱单元ID5 974，坐标系原 点为单元体质心，数据分量Vonmises；时间0.05 s。 对其进行模态化动态瞬时分析， 分析结果图如图8 所示。 5结语 由于模拟实验中计算机运算量及内存不足的条 件限制以及部分数据采集不完善， 只能进行0.05 s 内的仿真，可能有较大误差。对于模态响应应力分析 结果， 与实际失效位置吻合。 而动态应力变化曲线 图，由于对实测的功率图谱做变换后，加载在链轮模 型上，造成较大失真。实验数据结果与现场还有一定 误差。 图8动态应力变化曲线图 参考文献 ［1］郭忠，张树民，张建军.矿用刮板输送机驱动链轮的参数化和可 视化设计［J］.煤矿机械，2006，27（9）31－33. ［2］毛君.刮板输送机传动系统可靠性研究［D］.阜新辽宁工程技术 大学，2006. ［3］郄彦辉，刘品强.刮板输送机弯曲平移时运动及载荷应力分析［J］.煤 矿机械，2009，30（6）93－95. ［4］杨秀芳.刮板输送机的动态研究及仿真［D］.太原太原理工大学， 2005. ［5］吕洋波. UG NX 7.0动力学与有限元分析从入门到精通［M］.北 京机械工业出版社，2010. 作者简介 崔 凯（1985－）， 山西太原人，硕士， 在读研究生. 责任编辑王海英收稿日期2012－01－07 煤矿机械 Coal Mine Machinery Vol.33No.09 Sep. 2012 第33卷第09期 2012年09月 1三维模型 以郑州煤矿机械集团股份有限公司现有的液 压支架ZY16800/32/70为例， 在对该型号的液压支 架进行分析时，模拟液压支架压架试验的加载条件 ZY16800/32/70 液压支架的有限元分析 张恩威 （郑州煤矿机械集团股份有限公司， 郑州450013） 摘要 主要研究了ZY16800/32/70型号液压支架的有限元应力状况。通过Pro/E建立液压支 架的三维模型，在对其进行合理简化的基础上，利用Ansys Workbench12.1对液压支架进行了顶梁 两端、底座外侧内加载工况下的有限元分析，根据相关结构件的应力分布特点，为支架的改进设计 与加工生产提供了参考依据。 关键词 液压支架； 有限元分析； 结构应力分布 中图分类号TD355；O242.21 文献标志码A文章编号1003 － 0794（2012）09 － 0115 － 03 Finite Element Analysis of ZY16800/32/70 Hydraulic Powered Support ZHANG En-wei （Zhengzhou Coal Mining Machinery Group Co., Ltd., Zhengzhou 450013，China） AbstractThe paper mainly researched the stress condition of hydraulic powered support of ZY16800/ 32/70. Three dimension model of hydraulic powered support was built by using of the specialty software Pro/E. After simplifying the model of the hydraulic powered support, finite element analysis was conducted by using of the software Ansys Workbench12.1 in the working conduction that two ends of the roof beam and out sides of the bottom case. Providing useful reference for modified design and manufacturing according to stress distribution character of correlative parts. Key words hydraulic powered support; finite element analysis; structure stress distribution 时间/s 08.9515.9522.9529.95 37.60 77.92 84.92 91.32 加速度/ms-2 时间/s 08.9515.9522.9529.95 -5.37E008 3.40E009 7.34E009 1.10E010 应力/MPa 115