采煤机齿轨轮齿形优化有限元分析.pdf

2 0 1 3 年第 1 期 煤矿机 电 8 3 采煤机齿轨轮齿形优化有限元分析 娄伶俐，贾龙 西安煤矿机械有限公司 产品设计研究院， 陕西 西安 7 1 0 0 4 8 摘要 利用有限元分析软件 A b a q u s 对 MG 2 2 1 0 一 WD型采煤机齿轨轮和销排啮合运动状态进行 动态分析 ， 分别 比较 了齿轨轮齿形优化前后对齿轮弯 曲应力、 接触应力、 啮合平稳性和啮合位置 的 影响。分析得 出结论 改进 后的齿形在 以上几个参数方面优于原齿形。最后建立 了齿轨轮齿形优 化设计检验流程。 关键词 采煤机 ； 齿轨轮；齿廓 中图分类号 T D 4 2 1 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 1 3 0 1 0 0 8 3 0 4 F i n i t e E l e me n t An a ly s i s o f Sh e a r e r R a c k Ra i l Ge a r Op t i mi z a t i o n L o u L i n g l i ，J i a ， J 0 ， P r o d u c t D e s i g n I n s t i t u t e ， X i ’ a n C o a l Mi n i n g Ma c h i n e r y C o ． ， L t d ． ， X i ’ a n 7 1 0 0 4 8 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e MG 2 2 1 0 一 WD t y p e s h e a r e r r a c k r a i l wh e e l a n d p i n r a i l e n g a g e d s p o r t a r e a n a l y z e d d y n a mi c b y F E A s o f t wa r e Ab a q u s ． Co mp a r e s t h e i n flu e n c e o f g e a r b e n d i n g s t r e s s，c o nt a c t s t r e s s，e n g a g e d s t a bi l i t y a n d e n g a g e d p l a c e b e f o r e a n d a f t e r r a c k r a i l g e a r o p t i mi z a t i o n ． He r e c o me s t o t h e c o n c l us i o n t h a t t he s e v e r a l p a r a me t e r s a r e b e t t e r t h a n t h e o r i g i n a l r a c k r a i l a f t e r i mp r o v i n g a n d t h e o p t i mi z e d e s i g n t e s t p r o c e s s o f r a c k r a i l g e a r i s e s t a b l i s h e d ． K e y wo r d s s h e a r e r ；r a c k r a i l w h e e l ；fl a n k p r o f i l e 0 引言 行走机构是采煤机的移动推行机构 ， 一旦 出现 问题将导致整个采煤机停 止运行 ， 影 响正 常生产。 所以， 行走机构的关键零件齿轨轮的受力分析研究 就显得尤为重要。本文针对采煤机齿轨轮渐开线齿 形 进 行 齿 形 优 化 设 计 ， 基 于 有 限 元 分 析 软 件 A b a q u s ， 对采煤机齿轨轮与销排 啮合过程进行接触 动态分析 ， 以齿轨轮的应力分布和大小为分析对象 ， 找出与销排销齿配对啮合最为平稳 的齿轨轮齿形 ， 达到指导齿轨轮的设计与优化的 目的 ， 从而提高齿 轨轮的使用寿命 和采煤机牵引平稳性 ， 这对于提高 采煤机整机工作的可靠性十分必要。 1 有限元模型的建立 1 ． 1 销齿和齿轨轮齿形 1 销排销齿齿形。运输机销排销齿的设计中， 为了补偿由于制造引起的误差和在载荷作用下引起 的歪斜量、 磨损量及弹性变形量， 一般采用经过齿向 修形齿的鼓形齿的结构。本文忽略齿 向对齿廓齿形 的影响 ， 模拟中使用 图 1所示齿形 的销排 与采煤机 齿轨轮做动态模拟分析 。 图 1 销排 销齿轮廓 曲线示意图 2 齿轨轮原齿形与包络齿形对 比。图 2 a所示 为原渐开线齿形， 图2 b 所示为新设计经过修形的包 络销齿的齿轨轮齿形。从外形来看 ， 包络齿形有 比 较厚 的齿根 ， 两种齿形在分度 圆上具有不同的压力 角。 1 ． 2 齿轨轮受力分析 M G 2 2 1 0型采煤机的相关参数如下 整机重量 8 6 煤矿机 电 2 0 1 3年第1 期 应力较原齿形更均匀且应力 幅值更小 ， 具有更平稳 的啮合状态和更好 的啮合位置 ， 可以使销排与齿轨 轮啮合更加平稳 ， 提高齿轨轮乃至采煤机整机的可 靠性。另外 ， 文中提及的分析项 目也为今后齿轨轮 的齿形优化设计提供了可参考的检验流程。 参考 文献 [ 1 ] 刘春生 ， 吴卫东． 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 ， 2 0 0 0 2 ． [ 2 ] 王振乾 ， 汪崇建 ， 周常飞． 基 于 A D A MS的采煤机行走运动学分 析 『 J _ ． 煤矿机 电． 。 2 0 0 7 1 ． [ 3 ] 赵丽娟． 刚柔耦合 系统建模 与仿 真关键技 术研究 [ J ] ． 计算机 丁程与应用 ， 2 0 0 7 1 ． [ 4 ] 赵腾伦 ， 姚新军． AB A Q US 6 ． 6在机械 工程 中的应 用 [ M] ． 北 京 中国水利水 电出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 5 ] 张军 ， 陆仲绩 ， 汪崇建． 采煤 机牵引行 走机构 的接触 应力分 析 [ J ] ． 煤矿机电， 2 0 0 6 2 ． 作者简介 娄1令俐 1 9 8 1 一 ， 女， 工程师。2 0 0 4年毕业于西安科技 大学机械设计制造及其 自动化专 业， 现主要从 事采煤机设 计及科技 项 目管理工作 。 收稿 日期 2 0 1 2 0 82 7； 责任编辑 边永梅 上 援第 8 2贞 s 。 Fo 6 9 7 5 0 3 0 5 6 4 5 0 1 5 7 N 满载启动工况张 紧滚筒绕 出边输 送带 的张力 S n ， 为 S 0 2 Fo S0 1 6 9 75 0 5 0 1 5 7 1 9 5 93 N 满载启动工况传动滚筒 圆周力 F 为 FA 1 FA F0 A 1 01 5 5 4 3 0 5 6 4 7 0 9 9 0 N 2 ． 3 3种布置形式对 比 沿用上面 的有关数据 ， 计算 出 3种布置形式的 输送带张力 和张紧装置张 紧力 ， 具体数据见 表 1 。 采用普通重锤张紧时， 按满载启动不打滑条件确定 张紧力。 表 1 输送带的张力和张紧力 由表 1可知 对于单传动滚筒驱动 ， 采用带圆周 力重锤张紧可以显著地减小输送带张力 和张紧力 ； 单传动滚筒配带圆周力重锤张紧与另外两种形式相 比， 输送带张力和张紧力相差不大。 单传动滚筒配带 圆周力重锤张紧形式 ， 与双传 动滚筒配普通重锤张紧形式相 比较 ， 前者减少了滚 筒数量 ， 避免了功率平衡影响， 虽然功率配比采用任 意分配而增加 了驱动装置的品种 ， 但是 张紧滚筒驱 动装置的负载开机 率很低 ， 因此其 寿命 长 、 维护量 小 。在场地方面 ， 布置在单独楼层的落地式车式重 锤张紧以及垂直重锤张紧 ， 其场地较宽敞 ， 有条件布 置带圆周力重锤张紧。它们对输送带张力和张紧力 的影响， 因输送机原始条件的不同而程度不同。 3结语 文 中提出在带式输送机负载启动时， 为张 紧滚 筒提供一个短时启动圆周 的设想 ， 期望通过这种方 法减小张紧力和输送带张力 。该设想有待进一步完 善， 可实践性有待证实 。 参考文献 [ 1 ] 北京起重运输机械研 究所 ， 等．D TⅡ A 型带式输送 机设计 手册．北京 冶金工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ] G B 5 0 4 3 1 - 2 0 0 8 ， 带式输送机工程设计 规范 [ S ] ．北京 中国计 划 出版社 ， 2 0 0 8 ． 作者简介 晋松田 1 9 5 6 一 ， 男， 高级工程师。现主要从事煤矿机 械设备 的设计工作。 收稿 日 期 2 0 1 2 0 7 0 9 ； 责任编辑 边永梅 欢迎订阅 2 0 1 3年 煤矿机 电 杂志 本刊邮发代号 4 -7 8 3 。 地址 上海天钥桥路 1 号 煤科大厦 1 8 楼 ， 邮编 2 0 0 0 3 0 电话 0 2 1 6 4 3 8 8 7 6 4、 6 4 3 8 8 7 3 9