采煤机行走轮的参数建模与有限元分析.doc

煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol.32No.05May. 2011 第 32卷第 05期 2011年 05月 前言 在目前采煤机无链牵引机构中 , 主动轮 -齿轨 式性能最佳 , 也最为常见 , 其典型机构中摆线轮 -销 轨式被广泛使用 , 且不断改进 , 主要表现在齿轮的 结构形式上 。 目前使用的齿轮有渐开线齿轮和摆线 齿轮 , 渐开线齿轮不能很好地适应井下起伏不平的 工作环境 ; 而根据赫兹接触理论 , 摆线齿轮与销轨 啮合 , 其产生的接触应力较大 , 易造成齿面点蚀 、 磨 损和轮齿断裂现象 。 所以有人提出使用渐开线 -摆 线复合齿轮 。 1渐开线 -摆线复合齿廓的形成原理 1 复合齿廓的组成 渐开线 -摆线复合齿轮齿廓由 3段组成 , 如图 1所示 。 即齿顶外摆线弧 AB , 齿廓中部渐开线弧 BC , 齿根内摆线弧 C D 。 图 1复合齿廓形成原理 根据摆线形成原理及摆 线方程可得 齿顶处外 摆线弧 AB 的方程 x a Rra sin r a ωa /R-δδa -r a sin [1r a /R ωa -δ-δa ]y a Rra cos r a ωa /R-δδa -r a cos [1r a /R ωa -δ-δa ]式中 ωa 外滚圆滚动角 ; δ 齿廓初始角 , δarcsin [s /2R ]; 分度圆弦齿厚 ; δa 外摆线相对齿廓初始角的偏转角 ; R 分度圆半径 , Rmz /2tz/2π; r a 外滚圆半径 。 同理可得齿根处内摆线弧 CD 的方程 x d -R -r d sin r d ωd /Rδδd r d sin [1-r d /R ωd -δ-δd ]y d R-r d cos r d ωd /Rδδd r d cos [1-r d /R ωd -δ-δd ]式中 ωd 内滚圆滚动角 ; δd 内摆线相对齿廓初始角 δ的偏转角 ; r d 内滚圆半径 。 齿廓中部渐开线弧 BC 的方程 x -R b sin tan α-inv αk -δ R b tan αcos tan α-inv αk -δ y R b cos tan α-inv αk -δ R b tan αsin tan α-inv αk -δ 式中 αk 分度圆压力角 ; R b 基圆半径 , R b R cos αk ; α 压力角 。 2 复合齿廓的形成条件 复合齿廓应该是一条光滑的曲线 , 所以要求齿 廓上外摆线在点 B 处的切线要等于渐 开线在点 B 处的切线 , 内摆线在点 C 处的切线等于渐开线在点 C 处的切线 。 由此可得 δa 2tan αk -αk r a /R δd -2tan αk -αk r d /R 2渐开线 -摆线复合行走轮的计算与建模 以 MG500/1230-WD型无链电牵引采煤机行走 轮为研究对象 , 选择适当的参数 , 建立复合齿轮的 三维模型 。 复合齿轮参数 齿数 /z 11 模数 /m 46 采煤机行走轮的参数建模与有限元分析 徐建超 , 谭 超 , 赵亚东 中国矿业大学 机电工程学院 , 江苏 徐州 221008 摘 要 对渐开线 -摆线复合齿轮建立数学模型 , 以 MG500/1230-WD型无链电牵引采煤机为 参照对象 , 选择适当的参数 , 建立齿轮的三维模型 , 最后对建立的模型用 ANSYS 软件进行有限元 分析 , 确定复合齿轮用于采煤机行走轮的可行性 、 性能的优劣 。 关键词 渐开线 -摆线复合齿轮 ; 数学模型 ; ANSYS 中图分类号 TD421.6; O241.82文献标志码 A 文章编号 1003-07942011 05-0091-02 Parameters Modeling and FEA of Shearer Wheel XU JIAN-chao , TAN Chao , ZHAO YA-dong Collegeof Electromechanical Engineering , China University of Mining and Technology , Xuzhou 221008, China Abstract The inviolate -cycloid compound gear mathematical model was built. Then take MG500/1230-WD electrical haulage shearer without chain type as reference object, choose proper parameters and built 3D model of gear. T hrough analysis the model by ANSYS software, find the feasibility of using compound gear as shearer wheel machine and the perance of the compound gear. Key words inviolate-cycloid compound gear ; mathematical model ; ANSYS x y αk r d R ωd D N αk R b M B δa δd δωa r a C A 分度圆半径 R /mm253 外滚圆半径 r a /mm70内滚圆半径 r d /mm86分度圆弦齿厚 s /mm58分度圆压力角 αk / 20 根据复合齿轮参数数据 建立复合齿 轮的三维 模型如图 2所示 。 图 2复合齿轮的 Pro/E三维模型 3渐开线 -摆线复合齿轮的性能分析 普通摆线齿轮由内摆线和外摆线构成 , 在节圆 处的曲率半径为零 , 使得齿轮在节点附近的接触应 力较大 。 同时轮齿的弯曲疲劳强度 , 以齿根处为最 弱 。 所以导致了采煤机行走轮常出现齿面点蚀 、 磨 损和轮齿断裂现象 。 渐开线 -摆线复合齿轮在理论 上解决了上述问题 , 复合齿轮在节圆附近采用渐开 线 , 有效地解决了摆线齿轮节圆附近曲率较小的问 题 。 同时在齿根 、 齿顶处采用摆线 , 增加了齿根的厚 度 , 提高了齿根处的弯曲强度 ; 又减小齿顶厚度 , 使 得齿轮更有利于与齿轨啮合 。 下面将利用 ANSYS 软件对复合齿轮齿面的接触应力和齿根的弯曲应 力进行分析 , 观察其结果是否满足强度要求 , 是否 具有理论设计时所提出的优点 , 是否造成了齿轮其 他地方的应力变大或应力集中 。 复合齿轮的材料采 用 18Cr2Ni4WA , 其 材 料 属 性 弹 性 模 量 E ≈ 2.02e11Pa , 泊松比 μ≈ 0.273。 为观察齿根危险截面的受力情况 , 将齿轮视为 悬臂梁 , 将全部载荷作用于齿顶 , 得到齿根在工况 下的最大弯曲应力 , 如图 3所示危险截面应力远小 于许用应力 1180MPa 。 图 4为节圆附近齿面接触 应力图 , 由图可知复合齿轮很好地解决了摆线齿轮 节圆附近应力较大的问题 。 表明有限元分析结果与 理论分析结果相符 。 图 3 齿根危险截面应力图 图 4 节圆附近齿面接触应力图 4结语 渐开线 -摆线复合齿轮作为无链电牵引采煤机 的行走轮 , 具有比摆线齿轮更多的优势 , 它由 3段 线组成 , 在节圆附近采用渐开线很好地解决了摆线 节圆处曲率为零的问题 , 同时下摆线增加了齿根厚 度 , 提高了弯曲强度 。 这使得采煤机牵引机构的可 靠性和使用寿命提高 , 材料损耗减少 , 使之具有良 好的市场前景 。 参考文献 [1]程志红 . 机械设计 [M ]. 徐州 中国矿业大学出版社 , 2006. [2]陈伟 , 杜长龙 , 夏丽建 , 等 . 采煤机行走轮摆线轮设计研究 [J ]. 煤 矿机械 , 2010, 3161-2. [3]王振乾 . 滚筒式采煤机行走机构运动学分析及强度研究 [J ]. 煤 矿机械 , 2007, 28350-51. [4]刘春生 , 吴卫东 , 李萍 . 采煤机渐开线摆线复合齿无链牵引机构 的研究 [J ]. 矿山机械 , 2000218-19. 作者简介 徐建超 1988-, 江苏常州人 , 中国矿业大学机电工程学 院机械制造及自动化专业在读研究生 , 电子信箱 xujianchaomeng126. com. 责任编辑 于秀文 收稿日期 2010-12-1 8 第 32卷第 05期 Vol. 32No.05 采煤机行走轮的参数建模与有限元分析 徐建超 , 等 ≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈≈ 362.23316.87271.6226.33181.07 407A Max AStaticStructunalANSYS Equivalent Stress TypeEquivalentvon-MisesStress UnitMPaTime1 2010/12/122241 煤泥煤矸石电厂采用电压型无功补偿 兖州矿业 集团 公司济宁二号煤矿煤泥煤矸石热电厂 1机组作为自备发电机组 , 经过 20000kVA 的 1隔离变压器及电 抗器供电至济宁二号煤矿 。 1主变压器和电抗器为高阻抗设备 , 虽然 1发电机发电功率因数可控制在 0.85, 但供电率达 0.98, 网供力率最低时仅 0.037, 决定增加无功补偿装置进行补偿 。 国内大多数无功补偿的出发点还放在用户侧 , 只注意补偿用户的功率因数而不是降低电网的损耗 。 该厂新增无功补偿 装置安装在电厂一侧 6kV 联络母线上 。 6kV 配电室无空余位置 , 将 6kV 联络母线通过专用开关由电缆接到一 楼 电 容 器 室 。 新增无功补偿装置从调节手段上进行了突破 , 不采用电容器投切 , 改用调节电容器两端电压来改变输出容量 , 解决了电 容器运行中过电压和涌流等问题 , 将滞后调节改为实时调节 , 以 电 压 无 功 自 动 调 节 装 置 的 推 广 应 用 把 电 压 无 功 管 理 水 平 大 大提高 。 该厂采用电压型无功补偿后 , 不仅可降低输出电流 、 减少 线 损 , 能 适 时 调 节 供 电 功 率 因 数 , 对 安 全 运 行 和 经 济 运 行 有极重要的意义 。 李剑峰