基于有限元的采煤机行星架优化分析.pdf

第3 3 卷第0 1 期煤 矿 机械 V 0 1 ．3 3 N o ．0 l 2 0 1 2 年0 1 月C o a lM i n eM a c h i n e r v J a n ．2 0 1 2 ■_ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ - ●_ ●_ ●_ ●- _ ●_ _ _ - ●●l I I 1 ●■一 心r 1 问题探讨弋 基于有限元的采煤机行星架优化分析 戴玉龙’。闵令江1 。主翠华2 。陈玉博1 1 ．三一重型装备有限公司．沈阳1 1 0 0 2 7 ；2 ．沈阳化工大学，沈阳1 1 0 1 4 2 摘要利用A N S Y S 软件分别对采煤机行星架2 个侧板厚度的相对变化不同时进行了模 拟．得出并分析了不同行星架模型的应力和变形云图，为行星架结构的合理设计及性能优化提供 了理论依据。 关键词采煤机行星架有限元；优化 中图分类号T D 4 2 1 ．6文献标志码A文章编号1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 1 2 0 1 0 0 8 3 0 3 O p t i m i z a t i o nA n a l y s i so fM i n e rP l a n e t a r yF r a m e sB a s e do nF i n i t e E l e m e n t D A IY u - l o n g ’，M I NL i n g _ j i a n 9 1 。W A N GC u i - h u a 2 ，C H E NY u - b 0 1 1 ．S a n yH e a v yE q u i p m e n tC o ．，L t d ．，S h e n y a n g11 0 0 2 7 ，C h i n a ；2 ．S h e n y a n gU n i v e r s i t yo fC h e m i c a lT e c h n o l o g y ， S h e n y a n gl1 0 1 4 2 ，C h i n a A b s t r a c t M i n e rp l a n e t a r yf r a m e sa r es i m u l a t e dw i t hs o f t w a r eA N S Y Sw h e nt h er e l a t i v ec h a n g e si n t h i c k n e s so ft h e i rt w of l a n kp l a n k sa r ed i f f e r e n t ．S t r e s sc o n t o u r sa n dt o t a ld e f o r m a t i o nc o n t o u r so f d i f f e r e n tm o d e l sa r eo b t a i n e da n da n a l y z e d ，w h i c hc a np r o v i d ea c a d e m i cb a s e sf o rs t r u c t u r ed e s i g na n d t h ep e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o no fm i n e rp l a n e t a r yf l a m e s ． K e y w o r d s m i n e rp l a n e t a r yf r a m e ；f i n i t ee l e m e n t ；o p t i m i z a t i o n 0 引言 行星架是行星齿轮传动装鼍中的主要构件之 一．当行星架作为基本构件时，它是机构中承受外 力矩最大的零件。行星架的结构设计对各行星轮间 的载荷分配以及传动装置的承载能力、噪声和振动 等都有很大影响。为了提高其可靠性和适应性，本 一⋯．．吣一．．⋯J ．．。．．．．．．‘．．．．．．．．．．‘叭d ．．- - ．‘- ．．⋯m ．．．．．．Ⅲ‘～⋯⋯b “_ ●～- J ⋯h 。_ ‘。_ ，- ●- _ 一一‘⋯。～J ．．．“⋯～_ ．．．“ 一* ～一J ．．．．．．～- _ ‘⋯‘⋯‘～。⋯‘h “ k _ ～，⋯‘w - h 见图4 和图5 N 究转换器主要参数对其动态特性 k ，，所以南z 的变化引起的弹簧预压力的增量忽略 的影响。 不计．这样可以认为输出力等于G M M 棒的输出力 暑 ；、 o 簿 过 壬 簿 2 1 乏1 至1 暴 时间，s 图4C M A 输出位移阶跃响应曲线 1 5 1 5 t t , if 8 q ／s 图5G M A 输出力阶跃响应曲线 4 结语 由力输出模型知输出力的大小等于电流i 对应 的磁场所产生的磁致伸缩力与G M M 棒因长度变化 产生的内力之间的差值。因为预压弹簧的刚度k ≤ 减初始预压力。 当输入电流一定时，力F 为定值，预压力越大， 输出力也越大．石 0 时．输出力达到最大值。在较大范 围内输入电流i 与输出位移和输出力呈线性关系。 仿真结果显示G M A 响应速度很快．一般在微秒 级．输出力可达l8 0 0N ．这是压电陶瓷材料所不具备 的。输出位移较小，本转换器的极限在0 ．1 2m m ．可考 虑用多级输出。 参考文献 [ 1 ] 王博文．超细致伸缩材料制备与器件设计[ M ] ．北京冶金工业出 版丰十．2 0 0 3 ． 【2 ] 王传礼．基于G M M 转换器喷嘴挡板伺服阔的研究[ M ] ．圣箬州中 国矿业大学m 版社．2 0 0 6 ． E 3 ] 林青．超磁致伸缩材料驱动器的数学模型[ J ] ．机电一体化．2 0 0 1 6 2 6 - - 2 9 ． E 4 ] 戴旭涵．磁致伸缩电一机械转换器的理论分析与实验研究[ D ] ．杭 州浙江大学．1 9 9 7 ． 作者简介王伟 1 9 8 4 一 ．山东寿光人．在读硕士，研究方向为 液压传动与控制。电子信箱b e a r i n 9 6 3 3 1 2 6 ．c 锄． 责任编辑卢盛春收稿1 5 1 期2 0 1 l 埘一l O 一8 3 万方数据 堕竺Q 墨 鱼堡垂塑墨堡垫塑星塑垡些坌堑二塾至垄 篓笙垫鲞笙Q 塑 文对双壁整体式行址架的2 个壁 或称侧板 的结 构进行分析及优化。 1双壁整体式行星架结构 行星架的常见结构形式有双壁整体式、双壁分 开式和单壁式3 种．烈壁整体式和双壁分开式行星 架的2 个壁 或称侧板1 ，通过中间的连接板 梁 联接 在一起．连接板的数量和尺寸与行星轮数有关。双 壁整体式行星架如图1 所示。 图1 双壁整体式行星架 1 输H { 凸台2 北键3 输m 侧板4 连接板5 输入侧板 2 行星架的受力分析 根据行星架的结构形式及特点可知．行星架在 工作中除受传递的扭矩外，还受自重载荷、惯性载 荷及附加的一些额外载荷等力的作用。但行星架所 受的主要力的作用还是工作中力矩的传递及每个 行星轮轴对其的作用力．由于其他载荷的不确定性 及对其的影响较小．在分析行星架时对其影响暂不 考虑。 本文以某采煤机牵引部行星架为例进行分析． 根据受力分析得到行星架所受的扭矩 难95 5 0 x 1 0 3 x 曲- 3 ，1 8 x 1 0 7N m m 1 n 式中卜电机功率．P 4 0k W ’r 效率，取田 9 0 ％； n 转速．n 1 0 ．8r ／r a i n ． 分配到每个行星轮轴或行星架中行星孔上所 受的力 甲 肚{ 5 83 4 8 ．6N 2 3 r 3 对行星架有限元分析 1 模型创建 为了对比转动惯量相同．行星架两侧板板厚不 同而发生变形及受力的情况．这里分别对3 种情形 进行分析．然后对其最后结果进行研究。由于3 种 情况的模型创建方法一致．这里以第1 种情况为例 进行分析。 主要建模参数输入侧板厚6 ， 2 5 ．输出侧板厚 8 2 - - 3 5 ，材料4 2 C r M o ，c r ，- - 9 3 0M P a ，弹性模量E 2 ．6 x 1 0 ” P a ，泊松比肛耵．3 。本例中所有模型的成型方法均为 P r o ／E 建模．然后导人A N S Y s - W O R K B E N C H 进行分 析。 2 行星架模型的网格单元划分 8 4 1 醚● 蘸田 鬻201C-12 2 s 1 0 0 9 粤 万方数据 箩3 3 卷第0 1 期基于有限元的采煤机行星架优化分析戴玉龙．等 v 0 1 ．3 3 No ．0 1 1 0 0 ∞ 圈5 行星架应力云图 鬻雷 “鼍 翌掣一’ J ∞∞ 圄6 行星桨变形云图 输入侧板厚6 1 3 5 ．输出侧板厚6的行星架．一25 施加相同载荷后的受力变形情况如图7 、图8 所示。 从陶中可以看出最大应力为2 8 0 ．8 1M P a 。最大变形 量为0 ．2 3 09 lm m 围8 行星槊变形云图 4 结果及分析 由以上3 种应力和变形云图可以看出．在边界 条件和施加载荷相同的情况下．应力及变形云图趋 势相同。应力最大点与变形最大位置基本相同。通 过数值比较，第1 种情况应力和变形较好。 4 结语 通过对采煤机牵引部中行星架结构的分析可 以知道，在传统经验公式的范围内．应用A N S Y S 软 件对两侧板不同厚度的行星架进行分析．即可得出 强度高、变形小的优化结构。这种方法为行星架结 构的设计、优化提供了一定帮助． 参考文献 【I ] 赵耐娟．陈令圜，刘红梅矿H { 减述播行星船的有限元分析【J ] ．煤 矿机械．2 0 0 7 ．2 8 1 5 1 5 2 [ 2 ] 机械设计手册编委会机械设计f 册f K ] 北京机械f 姐H { 版社． 2 0 0 5 【3 ] 张洪信．赵消簿- ～N S Y S 有限元分折完全自学手册[ KJ 北京机 械『业出版} 十2 0 0 8 作者简历氟玉龙 1 9 7 7 一 ，j I 宁营口人．工程师．碗十．从事煤 炭技术丁作．电话0 2 4 - 8 9 3 1 8 0 1 4 ．电子信箱d a i y u l o n g1 1 0 5 1 6 3 图7 行星架应力云图 责任编辑下海英收稿日期2 0 1 I 一0 7 1 4 本刊声明 煤矿机械月刊从2 0 0 6 年第1 期开始，以每I 期为相应的期次、卷期记录出版次序．1 9 8 0 年创刊至今 已有3 4 年，每年划为l 卷．2 0 1 2 年为第3 3 卷。 1 9 8 0 年1 ．2 期为第1 卷 1 9 8 1 年1 ～6 期为第2 卷 1 9 8 2 年1 6 期为第3 卷 1 9 8 3 年l ～6 期为第4 卷 1 9 8 4 年l ～6 期为第5 卷 1 9 8 5 年1 ～6 期为第6 卷 1 9 8 6 年1 ～6 期为第7 卷 1 9 8 7 年l 。6 期为第8 卷 1 9 8 8 年1 ．6 期为第9 卷 1 9 8 9 年1 ～1 2 期为第1 0 卷 1 9 9 0 年l 。1 2 期为第1 1 卷 1 9 9 1 年1 。6 期为第1 2 卷 1 9 9 2 年1 ～6 期为第1 3 卷 1 9 9 3 年1 ～6 期为第1 4 卷 1 9 9 4 年l 。6 期为第1 5 卷 1 9 9 5 年l ～6 期为第1 6 卷 1 9 9 6 年1 ．6 期为第1 7 卷 1 9 9 7 年1 ～6 期为第1 8 卷 1 9 9 8 年1 ～1 2 期为第1 9 卷 1 9 9 9 年1 。1 2 期为第2 0 卷 2 0 0 0 年1 。1 2 期为第2 l 卷 2 0 0 1 年1 ．1 2 期为第2 2 卷 2 0 0 2 年1 。1 2 期为第2 3 卷 2 0 0 3 年I ．1 2 期为第2 4 卷 一8 5 2 0 0 4 年1 ．1 2 期为第2 5 卷 2 0 0 5 年1 ～1 2 期为第2 6 卷 2 0 0 6 年l ～1 2 期为第2 7 卷 2 0 0 7 年1 ．1 2 期为第2 8 卷 2 0 0 8 年l ～1 2 期为第2 9 卷 2 0 0 9 年1 一1 2 期为第3 0 卷 2 0 I O 年1 ～1 2 期为第3 l 卷 2 0 1 1 年1 ～1 2 期为第3 2 卷 2 0 1 2 年I ～1 2 期为第3 3 卷 文章参考文献以出版年、卷、 期、文章页码进行引用。 ～雷 小‰柑，i■日HuHHHu-■E 万方数据