采煤机摇臂壳体的实验应力分析.pdf

1 9 8 9 年第 7期 煤矿机械 9 ’ r 一～、 ； 试验 研究 } L ⋯-一 采煤机摇臂壳体的实验应力分析 重庆大学矿山机械研 究所翟咏华羹修i I 鼍 【 内容提要】 本 文介 绍 了我 国首墟采用 相似模型 电测方法， 绅采煤 机摇臂 壳体 作 T庄 力实验 分析 及其实验装 置和 实验 模型 的设计 ，其 分析 结果 与有 限 元计 算结 果 相 当吻 合 。 一 、； f 言 采 煤机摇臂壳 体等矿 山机械 构件 ，迄 今 尚未 作实验应 力分析 。这是 由于矿 山机械 构 件大 都处于工 作条件 恶 劣，结构 庞大，煤层 赋 存 条件多变，载荷 不稳定 ；兼 之 又 有 煤 尘、瓦斯的存在，对测量仪器防 爆 性 要求 高， 测试结果也不理想。因此， 对这些构件作 应力分析采用模拟实验较理想 模拟实验分 析 有光 弹实验 、 电测实验 脆性 涂层 法、云 纹方法 等等。其 中电测模 型实验 较 易 于实 现 ，所 本文采用 了该实 测方法分析 采煤机 摇臂壳 电测模型 实验 应力分 析方法建 立在相似 理论 的基础上 ，用 电阻应 变测试模 型表 面应 变值 ， 进而 得到实物构 件应力值 。 该 方法克服 了实物加 载 困难 、测试不方便 的问题 ，模型 浇注方便，材 料要求不 高，实验周期短 。对 于只有设计 图纸 尚未投入 生产的构 件作校核 和优选设计方案 ，该 实验 方法就显 示出 了较 大 的优越性。 本 文以重庆 大学研 制 的S W D l 5 O 型 极 薄 煤层 采煤 机为研究 对 象，对 臂壳实验 应力 进行 了分析 。 、采 煤机摇臂 壳体 实验模型 的建立 根据 相似 定律，相似状 态必须满足t 几 何相 似、物理相 似、边界条 件相似。对于 动 力学问题，还包括时间相似和初始 条 件 相 似 。因此 ，结合 电测实验 的特 点，建 立 摇臂 壳 体的相似模 型考虑 了以下几点 1．几 何尺 寸 模 型在 X、 Y、z 三 座标方 向的尺 寸 都要 保 证 与摇臂 壳体原 型相似。 其几 何相似 比值 一 般取为 1 ～{较合适[ 2 。 本文采用 相似 比值 ，使模型缮 构紧 凑 ，浇注，加工 和贴片 更方便。 2．材料 选择 这是 决 定物 理量 相似 的重要 因素。本 实 验 采用 的材料 ， 以环氧树脂 为主 ， 加入适 量 的 己二胺 、 邻苯二 甲酸 、 二丁脂 、 二甲基 苯胺及 玻 璃填料 等．起固化 、增塑 、 催 化 、 增强 等作 用。该配料 能很好地满 足弹性模 量低 、力学 蠕变 小 、线性 变形等条 件，浇注成 型性能较 佳。 8． 载荷 简化 为保证 物理量 相似，必须使 模型 与实物 的载荷作 用点 相对 应 几何 相似 ，作用 方 向相 同，作 用力大 小成比例。该 摇臂壳体主 要 受载如 图 1所 示。 由此 ，本文所 设计的臂 壳专用加载架是采用杠杆砝码加载方式，加 载示 意图如 图 2所示。通 过加 载架 上 的 滑 轮 ，可 以改变加载 方向，使之 与臂壳受 力方 向一 致 对 应 图 1。模型施 加载 荷 的 大 小，根 据相 似 比关系 缩小 实 物 载 荷 的 维普资讯 1 0 煤矿机械 1 9 8 9 年 第 7期 0 ． 0 0 1 5 倍 。 这样 使用少量砝 码加 载就 能 得到 足够的应变值 ，给 实驻 带来 方便 圈2摸 型 扣 蠢示 毒 苒 圈 4．边界 条件 模型的边界 支撑采用 弹性支 座 ，用金属 材料 滑动轴承代 替截割部箱 体支 撑． 三、摸型材料 性能试 验 在模型实验 之前，应对 材料 的主要性能 参数 进行澳 I 定。本 文采用两 端带孔 的板条试 件 ，在DLY- 1 0 型万 能材料 试验机 上作单 向 拉伸实验 。实测 得材料 的主要性 能 参 数如 下 z 材料蠕 变的条件 稳定 时间 △t 1 1 1 i n 弹性 模量 E Pa 泊 松 比 断裂 强度口 - Mpa 比重 ． r E ／ c 1 1 3 ‘ l 2 4 2． 2 O． 31 8． 22 1． 281 四、摇臂 壳体 模型 电测实验 摇臂壳的臂 套部分是 主要受 载 部分，其 应力状 况可 以反 映出摇臂 壳应力分布 特征 ． 在臂套 上粘贴应 变片如 图 3所示。 L。 、 L ． L 、 L 棱边没有 外载荷直 接作用 ，大致 成 单 向应力 状态 ， 则贴单 向应变 片。 L。 、 L． 两 条棱 边的两端 分别与滚筒轴套和 伸入 空心 轴 相 连接， 应力分布成 多 向，则贴 应变花。 考 虑臂 壳受 载 不均 匀 ，套体 弯扭 引起 应 力 变 化， 则在l 8 、1 8 ， l 0 、1 O 侧 上 贴 应 变 花， 以观 察 臂套 前 后侧面棱 边应力 变 化 过 程． 各棱 边 测点 的布置是 根 据实驻 模型和有 限元 计算 结果 0 确 定的。其 中测 点 有 z有 限元计算 应力值大 的测点l 2 、l 7 2 5 ，应力 变化 大的测点 2 l 、2 2 2 3 ，臂 套截面积 不 同 的测点 2～ 5，1 3 1 6 ，臂套 截面积较 小的 测点1 8 、2 4 等。 目3模 型 的应 雯片布置 臣 本 实验还采 用 了十二 片温度 与湿度 补偿 片， 进行逐点循 环补偿。 补偿片 与工作 片阻 值相差 不大于 0 ． 2 O，且所处环境 相 同，以 补偿温度 、湿度对 模型 材料性能 的影响。 本实驻 采用 Y J 一 5 A型 静态应变 仪与两台 R2 2P预调 平衡 箱配合使 用 ，加截装置 为 专 维普资讯 1 9 8 9 年第 7期 煤矿机械 简述国内外凿岩 台车钻臂 的几种液压平动机构 上海 渫研所王 毒t 凿岩 台车钻臂 上的平动 机构是 为减少 调 整炮孔位 置 的辅助 时问，提高炮 眼利用 率和 掏槽 炮孔 的平 行精度，增 加爆 破效 果， 从而 提 高凿岩 劳动 生产 率而专 门设置的。 机械平动 机构如平 行四 连杆 虽简 单， 、 当支臂 长度 较 大时， 连杆的长 粗比太大 ， E 用加载架配砝 码 ，加载 示意 图如 图 2所示 。 五 、实 验结果 与分析 实验 测 得各测点 的应力 值 ，由 曲 线拟 合 ，求 得各边 界棱 上应 力分布 曲线如 图 4所 示 与有 限元计 算 曲线o． e] 楣 比，两 种方 法所 得结果 是吻合 的，最大 相对 误差 在1 O 埘内，在 目前实验 条件下 ，完全 能满 足矿 山 精度 的要求 。 L1 Ll 棱 遵 应 力 丹 布 1⋯4 应 方 曲 城 L， ‘ L， 被 遗窟力丹 布 1 4有 限元 盘力 瞳 缦 囤4赛 验应 力分 析 蛄 果 与有限 元蛄 果 出较 曲 缦 实验 应力分析所 得臂 壳应力分布状 态， 为摇臂结构设计的改造提供了以下依据， 1．臂 套 两端 由于横 截 面小，且有 载荷 直接作用 ， 则 应力值 很 大， 为避免 这种 应 力不均匀 的严重现象 ，可 考虑臂套 中间部分 断 面尺 寸，在壳 内传动 齿轮 满 足强度要 求 的 条 件 下，尽可 能减小 。同时适 当加大 两侧 断 面尺寸，使整个臂壳强度相差减小，既节省 材料， 又能提高装 煤效 率。 2．摇臂输入 轴套 伸出空心轴和 滚 筒轴 套与中间臂套 连接 的截 面，受应力 最集 中，很容 易在 该两 处断 裂或塑 性 变 形。 因 此 ，最好在 这 两处设计 成凸缘结 构， 以增 大 强度 且凸缘与臂套用过渡曲线连接，截面 逐 渐减 小 ，以免 应力集 中，又不影 响装煤效 果 。 由上可见 ，模型实验 应力分析 ，应用 于 采煤 机摇臂是 完全可行 的，且具有一 定的实 用 价值 。避免 了大规模 、大劳动量 的采煤机 试验 的不 便， 为采掘机械 的实验 室研 制试验 提供 了线索。随 着对采 煤机 强度 分析 的不断 深入 ，将会 得 到更有 效 的实验 分析方 法，与 有限元分析 相结合，从 而使采 煤机 的强度 分 析更 精确而 趋于完善 。 参考文做 1张扣一 ． 菌 耀祯t 实验 应力 骨折 2 丁 予晨 信载工 况 下鞋蓑 机 珈t ■度 的研 究 ， 矿 山 机 械 时 ． 8 [ 0翟咏 华 扳薄攥 腰 果煤 帆插 t竞幛 的嗫度 爰动矗特性骨折t 疆士侍立 维普资讯