铸造型回转台在截割煤岩过程中的强度校核说明书.docx
铸造型回转台在截割煤岩过程中的强度校核设计含4张CAD图
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铸造型回转台在截割煤岩过程中的强度校核The strength check of the casting turntable in the process of cutting coal and rock摘 要悬臂式掘进机是煤矿采掘工作中用到的重要机械，因为煤矿井下环境情况复杂，在掘进机进行掘进工作时会受到多种复杂的作用力。回转台联接着截割部和掘进机机身，通过回转油缸和升降油缸进行主要工作。回转台作为掘进机的核心部件之一，其受力情况较为复杂，主要受力点在联接叉形架与回转台的铰接点处，和升降油缸与其联接处以及回转油缸与其联接处，并且在截割时其会受到来自截割头旋转所产生的扭矩。因为其所受的复杂载荷情况，回转台的结构合理性格外重要，如果结构设计不合理，会对井下人员造成生命安全问题，影响施工进度。鉴于上述情况，需对其设计结构合理性进行检验，对其在工作中的受力情况进行强度校核。建立回转台三维模型，对其进行简化，分析典型工况下的回转台受力情况。水平截割摆动角度最大时，回转台所受阻力最小，摆动角度为0时截割阻力最大。截割臂向上摆动的角度越大，回转台所受截割阻力越大，向下摆动角度越大，截割阻力越小。对回转台进行圆角化处理，可以降低其应力，在回转台尺寸允许范围内，随着圆角半径的增大，回转台所受应力随之减小。关键词：悬臂式掘进机；回转台；铸造；受力分析；结构改进ABSTRACTThe cantilever roadheader is an important machine used in coal mining work. Because the underground environment of the coal mine is complex, it will be subjected to a variety of complex forces when the roadheader is carrying out the tunneling work. The rotary table is connected with the cutting part and the body of the roadheader, and the main work is performed through the rotary cylinder and the lifting cylinder. The turntable is one of the core components of the roadheader, and its force is more complicated. The main stress points are at the hinge point connecting the fork frame and the turntable, the lifting cylinder and its connection, and the swing cylinder and its connection. When cutting, it receives the torque generated by the rotation of the cutting head. Because of the complex load conditions it is subjected to, the rational structure of the turntable is extraordinarily important. If the structural design is unreasonable, it will cause life safety problems for underground personnel and affect the construction progress. In view of the above situation, it is necessary to check the rationality of its design structure and check its strength during work.Establish a three-dimensional model of the turntable, simplify it, and analyze the force of the turntable under typical working conditions. When the horizontal cutting swing angle is the largest, the resistance on the turntable is the least, and when the swing angle is 0, the cutting resistance is the largest. The greater the upward swing angle of the cutting arm, the greater the cutting resistance of the turntable, and the greater the downward swing angle, the smaller the cutting resistance. Filleting the turntable can reduce its stress. Within the allowable range of the size of the turntable, as the fillet radius increases, the stress on the turntable decreases.Keywords:Cantilever roadheader; Rotary table; Casting; force analysis; Structural improvement目 录1绪论11.1引言11.1.1研究背景11.1.2课题研究的目的31.1.3课题研究的意义31.2国内外研究现状41.3本文主要研究内容52悬臂式掘进机回转台62.1悬臂式掘进机62.1.1悬臂式掘进机主要结构62.1.2悬臂式掘进机工作原理92.1.3 EBZ120型掘进机主要参数102.2掘进机回转台122.2.1掘进机回转台功能122.2.2不同类型掘进机回转台工作原理123掘进机回转台结构设计133.1回转台三维模型建立133.1.1SolidWorks三维模型介绍133.1.2建立回转台三维模型133.2回转台三维模型简化143.3回转台工作时的受力简化164掘进机回转台受力分析184.1回转台受力情况184.2确定网格参数194.3水平方向截割时的回转台受力分析204.3.1水平摆动10的受力分析224.3.2水平摆动39的受力分析244.4竖直方向截割时的回转台受力分析254.4.1向上摆动15的受力分析264.4.2向上摆动42的受力分析274.4.3向下摆动15的受力分析294.4.4向下摆动31的受力分析305回转台的强度校核325.1回转台的强度校核325.1.1水平摆动10的强度校核325.1.2水平摆动39的强度校核335.1.3向上摆动15的强度校核345.1.4向上摆动42的强度校核345.1.5向下摆动15的强度校核355.1.6向下摆动31的强度校核365.2回转台的结构优化366结论39参考文献40致 谢42VI 1绪论1.1引言1.1.1研究背景众所周知，我国的物质资源非常丰富，煤炭资源亦是我国的主要资源之一。同时，我们国家的煤炭资源产量丰富，在全国范围内拥有着许多大中小型不同规模的煤矿。近些年，随着世界整体自然环境的恶化以及煤炭资源的储量急速下降，我国增加了对石油、天然气等其他自然资源的使用规模，同时，随着电力能、风力能、核能、太阳能、水力能等清洁能源的兴起，我国对于煤炭资源的使用量有所改变。但是，我国的自然资源结构决定我国在短时期内并不能完全摆脱对于煤炭资源的依赖。我们国家幅员辽阔，历史悠久，有着丰富的煤炭资源，但我国的天然气和石油的储量却是非常稀少，而且我国是世界第一产煤大国，同样，也是世界煤炭消耗大国。早在上世纪末期，我国已经探明的可开掘的煤炭的储量位居世界第三位，我国的煤炭总量大约为5.6万吨，占世界煤炭总量的11.6%，这其中已经探明的煤炭储量为1万亿吨1。根据我国煤炭资源的结构特点，有专家预测煤炭资源在二十一世纪的前三十年内仍然会是我国能源构成的主体。随着科学技术的飞速发展，机械化已经成为能让各行各业都收货效益的工作方式，在煤炭开采行业，机械化的发展，对于整个行业而言是非常重要的。我国的煤炭开采行业正处于高速的发展阶段为了保证整个煤矿开采的高效率以及工作时的安全性，煤炭开采的机械化正是解决这些问题的关键。在近些年，得益于科学技术水平的不断提升，机械化工作对于煤炭采掘的发展而言具有重要意义2。对于煤炭采掘工作而言，第一重要的工程就是巷道的掘进，煤矿的巷道是否能够实现快速的掘进是煤矿开采工作能否高效、高产的重要前提，而机械化就成为了保证煤矿开采工作能否高效率高产量进行的重要条件，这也是现代化煤矿开采行业的一个重要的发展方向。悬臂式掘进机主要被应用在掘进煤矿巷道、水利涵洞、交通隧道等领域。矿山工作面机械化的飞速发展，使煤矿掘进工作对巷道的掘进方面要求逐步提高。悬臂式掘进机作为煤矿巷道的重要核心设备，大幅度提升了煤矿巷道的掘进速度。悬臂式掘进机是一种能够实现多种功能的机器，主要能够进行煤矿岩石的切割，可以进行自主行走，其自身还带有除尘喷雾的装置。悬臂式掘进机按照其整机的重量可以划分为特轻型悬臂式掘进机、轻型悬臂式掘进机、中型悬臂式掘进机以及重型悬臂式掘进机；按照其工作机构以及截割煤矿岩石的方式可以分为纵轴式悬臂式掘进机和横轴式悬臂式掘进机3。全煤岩和半煤岩的煤矿岩石具有较低的硬度，这种情况下悬臂式掘进机就成为了主要掘进机器。但是悬臂式掘进机不仅仅是只能开采硬度较低的煤岩，只要将截割部进行多次的摆动，悬臂式掘进机也可以完成对整个断面岩石的切割4。悬臂式掘进机在最适宜的工作条件下利用率可以达到六成，悬臂式掘进机与其他类型的机器相比较最大的特点就是其机体较小，在巷道中可以更加的灵活，能够被用于任何支护类型，同时，悬臂式掘进机并不需要投入大量的资金，也不需要投入大量时间对其进行操作准备，重复利用性高5-10。自从改革开放以来，我国的煤矿开采行业的机械设备尤其是掘进机制造得到了突飞猛进的发展。近几十年以来，我国的掘进机的年产量增长到了近千台，增重近万吨，设备的运行能力也得到了大幅度的提升，功能也更加的完备，设备的可靠性也在不断的提高。虽然如此，但是我国的整体的掘进机的设计制造水平距离世界一流水平还有一定的距离，而这一历程，还需要无数的科学家和技术工作人员不断的努力前行。图1-1 悬臂式掘进机1.1.2课题研究的目的本文以悬臂式掘进机的铸造型回转台为研究对象，主要研究其在截割煤岩过程中的受力以及受载荷情况，对其设计结构的合理性进行检验。回转台主要将叉形架和掘进机机身联接在一起，再加上回转油缸和升降油缸，组成完整的掘进机工作部分。在掘进机进行煤岩的切割工作时，回转台需要承受来自截割煤岩的阻力，油缸推拉施加的作用力和截割头扭转的作用力，其受力的情况较为复杂11，正是因为这样的情况，回转台的结构设计如果不合理，会对其自身造成破坏，影响掘进机的工作，减慢煤矿开采工作的进度，更严重的，会对掘进机机体造成损伤，有可能会对煤矿井下工作人员的生命安全造成威胁。所以，对掘进机的回转台进行工作时的强度校核，可以获得在典型工况下的回转台变形和应力的分布，以便对部件进行改进和优化，使其结构更加的合理化，提高掘进机的使用寿命和工作性能，保障煤矿开采作业的顺利进行，提高工作效率，提升产品可靠性和经济性。1.1.3课题研究的意义众所周知，我国的煤炭开采行业已经得到了飞速的发展，这其中就离不开开采机械化水平的大力提升，而悬臂式掘进机作为煤矿开采行业应用最广泛的机械设备之一，其能够在煤矿巷道内正常的工作便成为了煤炭开采作业的关键。回转台作为悬臂式掘进机的重要部件之一，其结构的合理性和自身的工作强度极大程度上决定了掘进机能否正常工作。因为掘进机工作多在有瓦斯、煤尘等的潮湿矿井中，工作环境极为复杂，所以掘进机所受的力和载荷情况也较为复杂，回转台在工作时就要承受来自不同方向的不同大小的力和工作载荷。如果回转台的结构和强度不合理，就会影响煤矿开采工作的进度，甚至会给煤矿井下的工人带来安全问题。综上诸多因素，对悬臂式掘进机的铸造型回转台进行强度校核，是极为重要的研究课题。1.2国内外研究现状世界上最早的悬臂式掘进机的诞生可以追溯到1947年的匈牙利，自那之后的近一个世纪里，掘进机得到了不断地研究、改进和试验，到了二十一世纪，悬臂式掘进机早已成为世界上煤矿巷道掘进的核心设备之一12。国外的掘进机发展经历了四个重要的发展阶段：第一个阶段是二十世纪四十年代末期至六十年代中期，掘进机实现了从有到无的历程，主要被用于掘进煤矿巷道，都是轻型掘进机，重量大致都在15吨左右；第二个阶段是六十年代中期至七十年代末期，在这一阶段，掘进机技术得到了大力的发展，机体重量也都增重到了20-40吨左右；第三个阶段是七十年代末期至八十年代末期，在这些年里，重型掘进机开始出现，机体重量增加到50吨左右，功能性和可靠性都得到了大幅度地提升；最后是八十年代后期至上世纪末，掘进机的机体重量增加到70吨以上，有些还加装了计算机控制装置，也开始掘进岩巷。进入新世纪以来的这二十几年里，世界整体科学技术水平的高速发展，目前的掘进机已经基本实现了机电一体化，机电液一体化的自动控制。奥地利的阿尔贝尼公司，日本的三井三池公司，德国的保拉特公司，英国的多斯克公司等是掘进机研究和制造领域的佼佼者13。我国的掘进机发展主要起始于改革开放之后，得益于现代科技的进步和改革开放的政策，经过几十年的努力，我国的掘进机研究和制造技术已经非常成熟。从最早的研究和仿制国外的掘进机，慢慢地拥有我们自己的掘进机研制体系，一系列新型的掘进机产品也被我们研制出来，我国也诞生了许多拥有自主研究能力和制造技术的掘进机研究机构和制造商，这其中，太原煤科院、佳木斯集团、淮南煤机厂等厂家尤为突出，有些产品还销往世界各地。回转台作为悬臂式掘进机的重要部件，因为其在工作中的复杂情况，应该投入大量的科学理论研究和试验实践去改进，但是到目前为止，我国关于这方面的研究还并不是十分先进，除了现阶段的回转台模型建立研究，还没有更加深入的进展。对这些数学模型的研究，得到的结论和数据的可靠性并不是很高，因为煤矿井下工作的条件和环境相对来说非常的复杂，遇到的问题相对也较多，所以仅仅是理论上的研究并不能很好地运用到实际情况中。毛君等人运用几种不同的分析软件来对掘进机回转台进行力学研究，从而推导出了其应力公式，以便进一步的优化结构11；张汝春等人主要研究了回转台铸造工艺，得出了有关回转台铸造过程中的要点和相关结论15；窦志刚等人研究了回转台的回转力矩的相关情况，探索出了其确定原则以及计算方法16-17。在掘进机回转台方面的探索和研究并不只是以上举例之数，类似的研究还有许多，这些重要的研究成果都对我们进一步深入地研究掘进机回转台有很大帮助，提供了丰富的理论支持。1.3本文主要研究内容本文以“铸造型回转台在截割煤岩过程中的强度检核”为研究课题，主要研究EBZ120型悬臂式掘进机的整体铸造式回转台在煤矿井下有瓦斯、煤尘的潮湿环境中截割煤岩和半煤岩时的受力情况和受载荷情况，从而确定其在工作时的不同工况下的危险截面，对其进行强度校核14。主要的研究内容包括：第一，利用Solidworks三维绘图软件设计EBZ120型掘进机的铸造型回转台模型；第二，将三维模型进行简化以便进行分析和计算；第三，对比不同参数下的回转台结构，确定要进行分析计算的参数；第四，运用三维软件，利用模型分析回转台在不同的工况下的受力和受载荷情况，确定其危险截面，进行对其的强度校核。针对具体设计分析过程中可能遇到的问题，在此制定以下解决方法：第一，适当调整铸造件的壁厚来降低应力；第二，采用局部网格控制分析铸造圆角对计算的影响；第三，对比不同尺度的应力模型；第四，设计合理的模型进行简化分析。2悬臂式掘进机回转台2.1悬臂式掘进机2.1.1悬臂式掘进机主要结构图2-1 悬臂式掘进机结构简图如上图2-1所示，为悬臂式掘进机的主要机构。悬臂式掘进机主要由截割部、铲板部、本体部、后支承部、第一运输机、行走部、电气系统、液压系统、润滑系统、水系统等部分组成18-19。其中，截割臂、回转台、输送机、转载机、履带等是主要的工作机构。图2-2 悬臂式掘进机机构图（1）截割部悬臂式掘进机的截割部主要包括四个部分，即截割头、伸缩部、减速机、截割电机。主要负责切割煤矿岩石，形状为圆锥台型，在其圆周上螺旋分布着数十把镐形的截割齿，截割头具有伸缩功能；减速机通常使用两级行星齿轮传动，截割电机多为双速水冷电机20-21。图2-3 截割部结构示意图（2）铲板部铲板部主要是将截割部切割掉落的煤岩进行清扫，装载到运输机上。铲板的装料装置多为两个相同的弧形星轮。铲板驱动多采用低速大扭矩的马达驱动，两侧分开驱动，这样的做法可以降低机器的故障率。图2-4 铲板部示意图（3）本体部本体部是主机架，一般在机体中部，在其周边分别是掘进机操纵装置，铲板，运输机，截割部，行走装置，支承装置和液压系统22。图2-5 本体部示意图（4）后支承部主要用于牵引第二运输机运动，减少掘进机工作时的震动，防止机体发生滑动。各部件均为箱型组焊接件结构，结构合理，可靠性高22。（5）第一运输机位于机体的中间部位，是双边链刮板式运输机，通过液压马达地驱动来实现运输作业，将铲板部装载上来的货物运到第二运输机。其主要是通过两个低速的大扭矩马达同时地驱动刮板链装置，这样可以减少故障。（6）行走部行走部的驱动主要依靠两个液压马达，通过减速机构驱动链轮和履带的转动，实现掘进机的前进和后退。主要功能是带动机器前进、后退、转弯。图2-6 行走部示意图（7）电气系统主要包括操作箱、截割电机、锚杆电机、电控箱、防爆电铃、防爆电缆、油泵电机、照明灯等。电气系统和液压系统协调工作将掘进机各个机械部分联动，进行正常的掘进工作。（8）液压系统由操纵台、液压马达、油缸、油箱、泵站等部分组成。主要是完成掘进机的行走，控制截割头的伸缩和移动、铲板和后支承部的升降，驱动第一运输机等工作。多数掘进机的截割头是由一个截割电动机驱动，其余的行动是由液压系统驱动。（9）润滑系统因为掘进机拥有较多需要运动的部位，所以需要润滑系统对掘进机的运动部位进行润滑，是其正常地运转，也可起到一定的维护作用。（10）水系统由灭尘回路和冷却回路两个部分组成。水系统能够冷却掘进机的截割电机和液压油，也可以用作喷雾。2.1.2悬臂式掘进机工作原理悬臂式掘进机属于部分断面掘进机，主要负责截割硬度较低的全煤岩巷道和半煤岩巷道。悬臂式掘进机工作原理为：通过升降油缸和回转油缸带动截割臂实现上下左右摆动，与此同时，截割电机驱动截割头转动，使得煤岩破碎下落。在对煤岩进行切割之前，操纵掘进机行走协同截割头伸缩对煤岩断面掘进一定的深度，之后截割臂沿水平方向一侧横摆，到达预定点后，沿着垂直方向向上截割一定高度，之后沿着水平方向反向截割到达预定点，再垂直向上截割，之后进行水平截割，如此进行，反复多次直到整个煤岩断面截割完成，在先前掘进一定深度，如此往复便可以掘进出一条完整的煤岩巷道3。另外，在截割过程中如果遇到较硬的煤岩不易截割时，可先对其周围的岩体进行截割破坏，使其自由坠落，但是在这个过程中一定要注意工人的安全。综上所述，悬臂式掘进机的工作方式主要包括摆动截割和纵向钻进，在截割硬度较低的煤岩时采用左右循环向上的截割方式，当截割较硬的煤岩时，可以选择自下而上左右摆动的截割方式，无论是哪一种截割方式，都要自下而上的截割。因为水平方向的截割和竖直方向的截割并不相互影响，所以在实际情况中，悬臂式掘进机的截割方式也可以根据不同的情况同时使用水平方向截割和竖直方向截割形成截割断面。图2-7 掘进机截割轨迹示意图2.1.3 EBZ120型掘进机主要参数表2-1 整体参数长*宽*高（m）9.30*2.80*1.48机体总重（t）34.00履带外宽（m）2.00截割宽度（m）5.50截割高度（m）4.50截割面积（m）23.00最小转弯半径（m）6.50爬坡能力（）18截割头卧底量（mm）340铲板卧底量（mm）290铲板抬升量（mm）340龙门高度（mm）380装载能力（m/h）210运输能力（m/h）240截割硬度（Mpa）65装机总功率（Kw）195截割电机功率（Kw）120油泵电机功率（Kw）75表2-2 截割部参数截割头形状圆锥台形截割轴形式纵轴式截割头尺寸（mm）884*830截割头伸缩量（mm）510截齿数量（把）36截齿参数（mm）38截割头转速（r/min）372.2掘进机回转台2.2.1掘进机回转台功能回转台是悬臂式掘进机的核心部件，其联接着掘进机机体和截割臂，保证截割臂正常的工作，同时，对截割臂起到一定的支承作用，使掘进机能够正常的完成掘进作业有了保障。因为掘进机工作环境较为复杂、恶劣，在工作时回转台容易受到腐蚀性气体的侵蚀，加上潮湿的空气会加速回转台材料的腐坏，在截割工作进行时，回转台还要承受来自截割头和截割臂产生的复杂的载荷，以及在工作中来自截割头高速旋转带来的扭矩4。所以，回转台的结构合理性、铸造工艺的合理性以及整体强度的合理性对于悬臂式掘进机而言是尤为重要的。2.2.2不同类型掘进机回转台工作原理不同的掘进机类型其回转台的类型也不相同。横轴式掘进机的回转台一般是齿轮齿条式，油缸驱动齿条，使回转台和联接的截割机构实现旋转，从而完成横向截割5。这种类型的回转机构能够输出稳定的力矩和转速，使得掘进机截割速度相对稳定。这种回转机构的缺点是制作成本相对较高，对安装的精度要求较高，容易出现故障，维修不方便，且寿命较短6。回转油缸式回转台一般被应用于纵轴式掘进机，这也是国内应用相对广泛的回转台类型。在回转台机体的两侧销轴上安装伸缩油缸，就构成了推拉式回转机构。这种回转台类型对于安装的要求不高，工作情况相对稳定，制作成本较低，拥有较长的使用寿命，维修起来相对容易操作，但是因为其推拉的特性，并不能输出相对稳定的转速。虽然回转台的类型不同，但是其在悬臂式掘进机整体中所起到的作用和其对于掘进机机体的重要性是一致的。3掘进机回转台结构设计3.1回转台三维模型建立3.1.1Solidworks三维模型介绍Solidworks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD软件。Solidworks三维软件具有强大的功能，组件数量很多。Solidworks具有三大特点：功能强大、技术创新、易学易用，这些特点也使Solidworks成为3D CAD解决方案的主导和领先软件。对于熟悉微软的Windows系统的用户，SW是十分方便的。Solidworks的核心模块包括：组件建模、表面建模、钣金设计、帮助文件、数据转换、高级渲染、图形输出、特征识别等。Solidworks提供一整套动态界面和鼠标传递控制，减少不必要的对话框，避免界面杂乱7。Solidworks提供工具来生成经车间批准的完整、详细的工程图。工程图都是相关的，如果图纸变了，3D模型和装配体也会发生变化。可以根据3D模型自动生成工程图，包括尺寸、尝试和注释。Solidworks拥有标准零件库，包括常见零件，例如螺栓、螺母、螺柱、螺钉、键、销、挡圈、垫圈、弹簧和密封件。镜像部件能在已有的零件基础上产生新的零件，极大程度方便了三维模型的创建。本次设计用到的是Solidworks2018版本，相对于之前的版本，2018版本增加了许多新的功能：用CNC加工的Solidworks；直接处理网格数据;优化的钣金设计工具；设计分支和合并；自动更新修订表；连接云的Solidworks;3D INTERCONNECT更灵活；面向Solidworks工程图的自动PDF创建功能；更加智能的策略等等。软件中的Simulation插件可以对制作的三维模型进行受力模拟，还可以选取不同的材料进行比较，对于零部件分析和强度校核而言是十分方便的。3.1.2建立回转台三维模型本次设计建立的三维模型是悬臂式掘进机的整体铸造式回转台，使用的软件是Solidworks2018版本。首先对回转台二维图进行分析，参考实际的铸造式回转台，确定绘图的顺序，利用软件绘制草图，通过对草图的拉伸、切除、薄壁特征等完成主体的制作；在制作完成的回转台三维模型主体上，进行草图绘制，插入新的基准面，便于绘制不同角度的草图，通过拉伸、切除、薄壁特征等完成整体模型的制作；使用特征阵列和打孔，对三维模型进行螺纹孔的制作，因为是铸造式回转台，需要进行倒圆角体现整体铸造的特点；最后，通过对模型进行整体零件的镜像，完成铸造式回转台的三维模型的创建。制作完成后，可以通过Solidworks软件自带的Solidworks Simulation分析插件对创建的三维模型进行网格化处理并适当添加力进行运算来检验所创建模型的可用性。图3-1 回转台三维模型3.2回转台三维模型简化本次设计分析主要研究在截割煤岩时回转台的受力情况，在掘进机进行截割煤岩工作时，回转台主要起到支承和回转的作用，其主要受力处为左右两个支承叉形架的伸缩油缸的销轴连接处和左右两个推拉油缸的销轴连接处，所以研究重点为这几处连接处，对建立好的三维模型进行网格化处理，发现在回转台凸台和螺纹孔处的网格过于密集，但是在进行受力分析仿真模拟时，这些螺纹孔及凸台对主要研究结果没有明显影响，所以，在进行仿真计算之前，可以对已经建立好的铸造型回转台三维模型进行一定的简化，主要简化对象是多余的螺纹孔和凸台，其余结构不做改变，这样的简化操作不会影响后续对回转台三维模型的受力分析和仿真模拟。图3-2 三维模型网格化图3-3 三维模型简化图3.3回转台工作时的受力简化本课题主要研究悬臂式掘进机正常进行截割煤岩工作时回转台的受力情况，因此，可以对回转台、截割部、回转油缸、升降油缸进行二维简化，绘制二维简化图，以便进行受力分析。因为掘进机工作时的截割臂横摆运动和竖直运动受力情况不同，所以可以将水平横摆运动的受力简化图和竖直运动的受力简化图分开绘制。简化图不需要完整表现悬臂式掘进机整体结构，只需要根据本课题所研究对象进行绘制，主要包括截割头、截割臂、升降油缸、回转台以及回转油缸五部分即可，绘制二维简化图。绘制得到的二维简化图如下图所示：图3-4 水平截割工况受力简化图图3-5 竖直截割工况受力简化图4掘进机回转台受力分析4.1回转台受力情况在悬臂式掘进机进行截割煤岩工作时，主要的工作情况分为截割臂的上下摆动和左右摆动。在正常的掘进机工作时，与截割臂摆动运动有关的部件主要是与回转台联接的部件，主要包括联接回转台和叉形架的升降油缸，驱动回转台进行旋转运动从而使截割臂完成左右横摆运动的回转油缸，以及回转机构所包含的回转轴承等部件。由此可知，掘进机的两种主要的截割运动与这些部件有关，尤其是一对升降油缸和一对回转油缸，但是悬臂式掘进机的实际工作情况较为复杂，主要是因为截割煤岩的工作环境和工作对象，造成了截割头在正常工作时要承受来自不同方向的较为复杂的力，这些力通过截割臂传递到回转台上，所以需要对回转台进行受力分析。悬臂式掘进机的主要切割方式之一就是竖直方向的切割，在此，首先对掘进机的竖直截割方式进行受力分析。在掘进机只进行竖直截割工作时，回转台后方的一对回转油缸不进行工作，从而保持回转台不进行旋转，截割臂不进行横摆运动。在这种工作情况下，联接回转台和叉形架的一对升降油缸进行工作，通过这一对升降油缸同步地进行伸缩运动，使截割臂完成竖直方向的上下运动。一对升降油缸对称分布在掘进机机体中心线的两侧，叉形架与回转台通过销轴进行铰接，在竖直平面内，叉形架、升降油缸与回转台前端的两对铰接点构成的直线这三者可以近似的看做一个三角形，叉形架通过升降油缸带动绕着与回转台的铰接点进行摆动，摆动方向为竖直方向。当一对升降油缸同步收缩时，截割臂沿竖直方向向下摆动；当升降油缸伸长时，截割臂沿竖直方向向上摆动，由此完成悬臂式掘进机的竖直截割。悬臂式掘进机的另一种主要截割方式就是水平方向的截割。与竖直方向截割相同的是，掘进机水平方向截割也是依靠一对液压油缸的驱动运动来完成的。在悬臂式掘进机只进行水平方向的截割时，截割臂在竖直方向的高度保持不变，所以回转台前端的一对升降油缸在此时不进行伸缩运动。在回转台的后方，沿掘进机机体的中心线左右对称分布着一对液压油缸，液压油缸的一端与回转台通过销轴进行铰接，另一端联接着掘进机机身。因为在这种工作情况下截割臂做左右横摆运动，所以称这一对液压油缸为水平回转油缸。与升降油缸相同的是，回转油缸也是做同步运动，但是方向并不一样。在截割臂进行左右摆动时，一侧的油缸进行伸长，另一次的油缸同步进行收缩，完成回转台的转动，使截割臂实现横摆运动，当要进行另一个方向的横摆时，两个油缸进行方向相反的伸长、收缩运动即可实现，进行这种工作情况时，两个回转油缸近似地可以看做同步地进行推拉运动，所以也可以称其为推拉油缸。在掘进机截割臂进行上下左右不同方式的摆动时，截割电机驱动截割头发生高速旋转，本次选用的EBZ120型悬臂式掘进机截割头转速为每分钟37转。截割头固定着36把直径为38mm的截齿，通过这些截齿，完成对煤矿岩石的截割和破碎。因此，在掘进机进行截割煤岩工作时，截割臂还会受到来自截割头高速旋转所产生的扭矩，这种扭矩传递到截割臂与回转台的一对铰接点处，会分别向两处耳座施加一对方向相反、大小相同的力。4.2确定网格参数在利用Solidworks三维软件进行回转台三维模型模拟受力情况之前，需要确定一个合适的网格参数。对模型进行静应力分析，打开趋势追踪器，这样做是为了对施加同一作用力时选择不同的网格参数情况下应力的变化趋势进行连续跟踪，得出趋势曲线图8。在夹具顾问中选择固定几何体，将回转台模型左右两侧与回转油缸联接的耳座进行固定，再选择固定铰链以及滑杆，将回转台模型下方进行固定。完成固定后，向回转台模型的主耳座施加外部载荷，这里选取截割臂向右侧摆动10的工况的受力情况进行运算，向主耳座施加水平向左、距离为3.6米、大小为45214N的外部载荷，向下方两个耳座施加斜向下的重力，大小为53000N，点击生成网格，这时可以发现系统默认网格参数约为56mm，故网格参数从60mm进行选取，勾选自动过渡，生成网格后运算此算例，得到一次模拟的受力情况，网格参数每次减少5mm，分别运算每次的算例，在网格参数选取到45mm时无法生成网格，所以45mm的网格参数不进行运算，运算至15mm时发现生成的网格已经非常密集，同时结果数量也足够进行比较，故停止运算。此时在趋势追踪器中会得到一份应力随着网格参数变化的趋势图，如图4-1所示。图4-1 应力随网格参数变化趋势图根据趋势图可以看出在第四组数据之后的五组数据变化范围较为平缓，增大和减小的趋势较为规律，并且在生成网格进行受力模拟时的网格参数不宜过大过小，应选取中间较为合理的数值作为后续研究的网格参数，故将网格参数定为40mm,在后续进行受力模拟时的网格参数都选取为40mm。4.3水平方向截割时的回转台受力分析悬臂式掘进机的回转台在工作时受到的力的情况较为复杂，现选取几种典型工作情况时回转台的受力情况进行受力分析。在进行分析之前，首先通过搜集资料确定相关零部件的参数，选取截割部长度为3.6米，截割头长度0.83米，联接回转台与机身的一对回转油缸的活塞直径为0.14米，活塞杆径为0.09米，液压油缸的系统工作压力为20Mpa，机械效率为0.7，回转油缸与机身铰接点之间的距离为0.44米。这些参数为基本参数，不会随着回转台工作的情况不同而发生变化。图4-2为初始状态时的掘进机回转台、截割部以及回转油缸分布情况，此时截割头在掘进机整体机身的正前方，不进行摆动，所以摆动角度为0。图4-2 初始状态各部情况示意图根据掘进机的图纸计算得到回转台中心距截割头中心OM的长度约为4.10米，回转台中心距回转台左右两侧耳座中心的距离OC与OD相等，长度为0.575米，回转油缸与机身的两个铰接点之间的距离AB长度为0.440米，P为AB的中心点，则PA与PB距离相等均为0.220米，回转台中心点O距直线AB的距离OP的长度为1.353米，根据直角三角形勾股定理可以计算得到回转台中心点O距A、B两点之间的距离OA、OB的长度均为1.371米。根据回转油缸参数可以计算得到回转油缸工作时产生的推力和拉力分别为F推=P4D2=215404NF拉=P4D2-d2=126385N回转油缸初始长度为AC=BD=OP2+(OD-PB)2=1.399m回转台与回转油缸夹角在初始状态下相等，为OCA=ODB=arccosOC2+AC2-OA22OCAC=75同理可以得到初始状态时COA=DOB=arccosOC2+OA2-AC22OCOA=81在截割臂摆动工作的同时，截割头的高速旋转会产生扭矩，已知截割头正常工作时转速为37r/min，截割电机正常工作时的输出功率为120千瓦，可以计算得到截割头高速旋转产生的扭矩大小为T扭=9550Pn=30973Nm通过回转台设计图纸可以得出，联接回转台与叉形架的铰接点处的距离为1.07米，可以计算得出截割头高速旋转产生的扭矩作用在回转台一对主耳座的力的大小为F扭=28947N，即两个主耳座分别承受来自截割头旋转产生的大小为28947N的力，一个力垂直于截割臂向下，另一个力垂直于截割臂向上。4.3.1水平摆动10的受力分析工作情况一选择掘进机水平截割时向右摆动10时的受力情况进行分析。现在，将截割臂水平向右摆动10，得到如图4-3所示的回转台受力情况，在这个过程中，截割臂始终位于水平高度，升降油缸不工作，所以截割臂不做竖直方向的上下摆动。在这种工况下，截割臂向右摆动10，要达到这种工作情况，右侧回转油缸做收缩运动，产生拉力，左侧回转油缸做伸长运动，产生推力，同时，截割头截割煤岩时，煤岩会对截割头产生一个与截割臂摆动方向相反的阻力。为了保证掘进机能够正常的工作，所以回转台的旋转过程应该是平稳的进行，在截割臂摆动的过程中，回转台的旋转速度不宜过快，在某一瞬时时刻，回转台的旋转可以近似的看做是一个受力平衡的状态来使其做匀速的转动，因此，截割煤岩产生的阻力对于回转台的力矩与一对回转油缸对回转台产生的合力矩大小相同。4-3 水平摆动10回转台受力情况示意图如图所示，F阻为截割煤岩时受到的阻力，与截割臂垂直，方向向左，F推为左侧回转油缸产生的推力，沿回转油缸方向斜向上，F拉为右侧回转油缸产生的拉力，沿回转油缸方向斜向下，l3为左侧油缸推力对于回转台中心点O的力臂，l4为右侧回转油缸拉力的力臂。因为回转台受到的力矩平衡，所以有T=F阻OM=F推l3+F拉l4回转台向右旋转10之后，BOD=71，此时，根据三角形余弦定理的逆定理可以计算得出回转台向右旋转10之后的右侧回转油缸BD的长度为BD=OD2+OB2-2ODOBcosBOD=1.303m则，ODB=84，右侧回转油缸所受拉力F拉的力臂l4的长度为l4=ODsinODB=0.572m同理可得旋转之后AOC=91，旋转之后左侧回转油缸AC的长度为1.496m，OCA=66，左侧回转油缸所受推力F推的力臂l3长度为0.525m。将计算所得的数据代入力矩平衡公式，可以计算得出F阻的大小为45214N。故当截割臂沿水平方向向右摆动10时，回转台会受到来自煤岩的大小为45214N的阻力。4.3.2水平摆动39的受力分析工作情况二选择掘进机截割臂沿水平方向向右摆动39时的回转台受力情况进行分析，此时，回转台截割臂水平摆动达到最大角度。初始状态与之前一致，回转油缸初始长度为1.399米，回转台与回转油缸夹角为75，回转油缸输出的推力大小为215405牛顿，拉力为126386牛顿。截割臂沿水平方向向右摆动39时的回转台受力情况如图4-4所示，与工况一水平向右摆动10时原理相同，此时左侧回转油缸产生推力，方向沿油缸方向斜向上，右侧回转油缸产生拉力，方向沿油缸斜向下，因为截割臂向右摆动截割煤岩，所以截割头会受到来自煤岩产生的阻力，方向垂直于截割臂向左。l3为左侧回转油缸产生推力的力臂，l4为右侧回转油缸产生拉力的力臂。与工况一相同，此过程中的某一瞬时时刻回转台受力平衡，即截割阻力产生的力矩与回转油缸产生的合力矩大小相同，所以受力计算过程与工况一的计算过程一致，具体计算过程如下：图4-4 水平摆动39回转台受力情况示意图回转台所受力矩平衡，所以有T=F阻OM=F推l2+F拉l1回转台向右旋转39之后，BOD=42，根据余弦定理的逆定理可以计算得出回转台向右旋转39之后的右侧回转油缸BD的长度为BD=OD2+OB2-2ODOBcosBOD=1.019m则，ODB=116，右侧回转油缸所受推力F推的力臂l4的长度为l4=ODsinODB=0.517m同理可得向右旋转39之后AOC=120，左侧回转油缸AC的长度为1.732m，OCA=43，左侧回转油缸产生的拉力F拉的力臂l3的长度为0.392m。将上述的计算结果代入力矩平衡公式中可以计算得出F阻的大小为36532N。所以当截割臂沿水平方向向右摆动39时，回转台会受到来自煤岩所产生的大小为36532N，方向向左的阻力。4.4竖直方向截割时的回转台受力分析除水平方向截割以外，悬臂式掘进机的另一种主要截割方式是竖直方向的截割。与水平方向的截割工作原理相同，竖直方向截割是由联接回转台和叉形架的一对液压油缸通过同步地进行伸长或收缩运动来带动截割臂进行竖直方向的上下摆动。联接叉形架和回转台的一对升降油缸的活塞直径为0.18米，活塞杆径为0.11米，液压油缸的系统工作压力为20Mpa，机械效率为0.7。由此可以计算出单个液压油缸输出的推力和拉力分别为F推=P4D2=356076NF拉=P4D2-d2=223097N定义截割臂竖直摆动之前位于水平面高度时的状态为初始状态，如下图4-5所示，此时，截割臂不进行摆动，摆动角度为0，截割部的重力为53000N，方向始终竖直向下。M为截割头中心点，L为截割部重心点，H为叉形架与升降油缸铰接点，E为升降油缸与回转台铰接点，F为叉形架与回转台铰接点，在整个竖直摆动过程中，无论上下摆动的角度为多少，截割部的重心点到回转台的距离FL的长度始终保持不变，升降油缸与叉形架铰接点到叉形架与回转台铰接点的距离HF的长度也始终保持不变。图4-5 初始状态各部情况示意图根据掘进机结构图纸可以计算得出，FL的长度为1.8米，FH的长度为1.6米，FM的长度为3.6米，根据掘进机回转台设计图纸，利用直角三角形勾股定理可以计算得出回转台与截割臂铰接点到回转台与升降油缸铰接点的距离EF的长度为0.453米，其在截割臂上下摆动的过程中始终保持不变。由此可以计算出在初始状态时EFH=59。4.4.1向上摆动15的受力分析工作情况一选择掘进机截割臂沿竖直方向向上摆动15时的回转台的受力情况进行受力分析。如下图4-6所示，为截割臂向上摆动15时的回转台受力情况示意图。图4-6 向上摆动15回转台受力情况示意图在掘进机截割臂进行向上摆动时，不做左右横摆运动，因此一对回转油缸不工作，一对升降油缸同步地产生沿油缸方向斜向上的推力F推，其相对于F点的力臂为l1，截割部重力始终作用在重心点上，向上摆动截割煤岩，煤岩会给截割头一个方向与截割臂垂直向下的反作用力F阻。在进行向上摆动截割煤岩时，相对于回转台与截割臂铰接点F而言，升降油缸产生的推力的力矩，截割部重力的力矩，煤岩作用在截割部的阻力的力矩，三个力矩应该保持平衡，所以有2F推l1=GFLcos+F阻FM式中：截割臂摆动角度。截割臂向上摆动15后，EFH=74，由此可以计算得出此时升降油缸的长度为EH=FH2+EF2-2FHEFcosEFH=1.538m升降油缸与截割臂的夹角EHF为EHF=arccosEH2+FH2-EF22EHFH=16则，升降油缸产生推力F推的力臂为l1=FHsinEHF=0.441m根据三个力距的力矩平衡公式，将上述计算结果代入，可以计算得出此时的阻力大小，即F阻=61642N。综上所述，当截割臂沿着竖直方向向上摆动15时，回转台会受到的来自煤岩的，方向垂直于截割臂斜向下大小为61642N的阻力。4.4.2向上摆动42的受力分析工作情况二选择截割臂向上摆动42时的情况进行受力分析，即截割臂向上摆动的最大角度。如下图4-7所示，为截割臂向上摆动42时的受力分析示意图。图4-7 向上摆动42回转台受力情况示意图一对升降油缸同步地产生沿油缸方向斜向上的推力F推，其相对于F点的力臂为l1，截割部重力始终作用在重心点上，向上摆动截割煤岩，煤岩会给截割头一个方向与截割臂垂直向下的反作用力F阻。在进行向上摆动截割煤岩时，相对于回转台与截割臂铰接点F而言，升降油缸产生的推力的力矩，截割部重力的力矩，煤岩作用在截割部的阻力的力矩，三个力矩应该保持平衡，所以有2F推l1=GFLcos+F阻FM式中：截割臂摆动角度。截割臂向上摆动42后，EFH=101，由此可以计算得出此时升降油缸的长度为EH=FH2+EF2-2FHEFcosEFH=1.744m升降油缸与截割臂的夹角EHF为EHF=arccosEH2+FH2-EF22EHFH=15则，升降油缸产生推力F推的力臂为l1=FHsinEHF=0.414m根据三个力距的力矩平衡公式，将上述计算结果代入，可以计算得出此时的阻力大小，即F阻=62204N。综上所述，当截割臂沿着竖直方向向上摆动42时，回转台会受到的来自煤岩的，方向垂直于截割臂斜向下大小为62204N的阻力。4.4.3向下摆动15的受力分析第三种工作情况选择截割臂沿竖直方向向下摆动15时的回转台受力情况进行受力分析。摆动结果如下图4-8所示，为截割臂竖直向下摆动15之后的回转台受力情况示意图。图4-8 向下摆动15回转台受力情况示意图与上述截割臂向上摆动情况一致，截割臂沿竖直方向做下摆运动时，截割臂不做左右摆动，回转油缸不工作，一对升降油缸同步地产生沿油缸方向斜向下的拉力F拉，其相对于铰接点F的力臂为l2，重力G始终作用在重心点L上，截割臂向下摆动进行煤岩的截割工作时，煤矿岩石会给截割头一个垂直于截割臂方向斜向上的阻力F阻。与工况三向上摆动相同，阻力、重力以及液压油缸产生的拉力分别相对于铰接点F的力矩相等，可以列出力矩平衡公式2F拉l2=GFLcos+F阻FM式中：截割臂摆动角度。截割臂向下摆动15之后，EFH=44，由此可以计算得出升降油缸此时的长度为EH=FH2+EF2-2FHEFcosEFH=1.312m此时升降油缸与截割臂的夹角EHF为EHF=arccosEH2+FH2-EF22EHFH=14因此计算升降油缸产生的拉力的力臂l2为l2=FHsinEHF=0.387m综合以上计算结果，代入力矩平衡公式，可以计算得出此时的阻力的大小，即F阻=22369N。综上所述，当截割臂沿竖直方向向下摆动15的过程中，回转台会受到来自煤矿岩石作用于截割头的反作用力，其方向为垂直于截割臂斜向上，大小为22369N。4.4.4向下摆动31的受力分析第四种工作情况选择截割臂向下摆动31时的受力情况进行分析，即截割臂向下摆动到最大角度。如下图4-9所示，为截割臂下摆到最大角度时的受力示意图。图4-9 向下摆动31回转台受力情况示意图一对升降油缸同步地产生沿油缸方向斜向下的拉力F拉，其相对于铰接点F的力臂为l2，重力G始终作用在重心点L上，截割臂向下摆动进行煤岩的截割工作时，煤矿岩石会给截割头一个垂直于截割臂方向斜向上的阻力F阻。阻力、重力以及液压油缸产生的拉力分别相对于铰接点F的力矩相等，可以列出力矩平衡公式2F拉l2=GFLcos+F阻FM式中：截割臂摆动角度。截割臂向下摆动31之后，EFH=28，由此可以计算得出升降油缸此时的长度为EH=FH2+EF2-2FHEFcosEFH=1.219m此时升降油缸与截割臂的夹角EHF为EHF=arccosEH2+FH2-EF22EHFH=10因此计算升降油缸产生的拉力的力臂l2为l2=FHsinEHF=0.278m综合以上计算结果，代入力矩平衡公式，可以计算得出此时的阻力的大小，即F阻=11741N。综上所述，当截割臂沿竖直方向向下摆动31的过程中，回转台会受到来自煤矿岩石作用于截割头的反作用力，其方向为垂直于截割臂斜向上，大小为11741N。5回转台的强度校核5.1回转台的强度校核根据上一章节进行的掘进机回转台在不同工作情况下的受力分析，可以校核在不同工作情况下回转台的屈服强度是否合理。根据下表5-1所示，综合分析进行对比选取回转台铸造所用材料为ZG270-500。表5-1 一般工程用铸造碳钢的力学性能铸钢牌号屈服强度s/Mpa抗拉强度b/Mpa断后伸长率/断面收缩率/ZG200-4002004002540ZG230-4502304502232ZG270-5002705001825ZG310-5703105701521ZG340-6403406401018ZG270-500是中碳铸钢的一种，一般用于制作飞轮、机架、轴承座、连杆、箱体等。其热处理工艺多为完全退火，又称重结晶退火，也可采用淬火与高温回火相结合的调质处理。其硬度和强度较高，切削性良好，也可以用于焊接，有一定的韧性和塑形。选定材料后，利用三维软件分别模拟不同工况下的回转台受力情况，与选取的材料屈服强度进行对比，完成强度校核。5.1.1水平摆动10的强度校核首先，在回转台三维模型的一对叉形架与回转台铰接点上分别施加方向相反的力，力的大小为28947N，即截割头高速旋转时产生的扭矩对于回转台的作用力；然后，在回转台与升降油缸铰接点处的四个接触面施加斜向下的力，大小为53000N，即截割部的重力；最后，在距离回转台与叉形架铰接处水平距离3.6米处施加远程载荷，大小为45214N，即第一种工作情况下回转台所受的力。利用之前确定的网格参数40mm生成网格，进行运算，可以得到如下图5-1所示的回转台应力图。图5-1 水平摆动10回转台应力图如图所示此时回转台所受最大应力为92.5Mpa，低于材料屈服强度270Mpa，且未发生明显形变。因此这种工况下回转台设计结构较为合理。5.1.2水平摆动39的强度校核与第一种情况施加的力大致相同，截割头产生的扭转作用力大小、位置均不变，截割部重力大小、位置均不变，此时施加大小为36532N的远程载荷，即水平摆动39条件下回转台所受截割阻力，网格参数不变，进行运算。运算后的回转台应力情况如下图5-2所示。图5-2 水平摆动39回转台应力图如图所示此时回转台所受最大应力为95.2Mpa，低于材料屈服强度270Mpa，且未发生明显形变。所以在水平摆动39条件下回转台设计结构较为合理。5.1.3向上摆动15的强度校核前两种主要是掘进机在进行水平截割工作时对回转台进行的强度校核，下面进行在竖直截割时回转台的强度校核。前两处受力与之前相比保持不变，只改变所施加的远程载荷的大小和方向，此时，远程载荷大小为61642N，方向为竖直向下，即第三种工作情况条件下回转台所受截割阻力。网格参数保持不变，进行运算模拟。运算结果如下图5-3所示。图5-3 向上摆动15回转台应力图如上图所示，此时回转台所受最大应力为189Mpa，低于材料的屈服强度270Mpa，且未发生明显形变。因此，在向上摆动15的条件下，回转台的设计结构较为合理。5.1.4向上摆动42的强度校核第四种情况为向上摆动42即最大角度时的受力情况，远程载荷为62204N，其余力保持不变，方向竖直向下，网格参数保持不变，进行运算。如下图5-4所示。图5-4 向上摆动42回转台应力图如上图所示，此时回转台所受最大应力为188MPa，低于材料屈服极限270MPa，且未发生明显变形，因此，回转台设计结构合理。5.1.5向下摆动15的强度校核进行第四种工作情况的应力分析。前两处受力保持不变，远程载荷改为大小为22369N，方向竖直向上，即向下摆动15条件下回转台所受的截割阻力。网格参数为40mm，保持不变，进行模拟运算。运算后的回转台应力情况如下图5-5所示。图5-5 向下摆动15回转台应力图如上图所示，此时回转台所受应力最大为69.2Mpa，低于选用的材料的屈服强度270Mpa，且未发生明显形变。因此，在向下摆动15的条件下，回转台的设计结构较为合理。5.1.6向下摆动31的强度校核最后进行向下摆动31时回转台的强度校核。其它受力均保持不变，远程载荷大小为11741N。方向竖直向上，网格参数为40mm，进行运算。如下图5-6所示，为向下摆动31时的回转台应力图。图5-6 向下摆动31回转台应力图如上图所示，此时回转台所受应力最大处的大小为84.1MPa，低于材料的屈服极限270MPa，且回转台未发生明显形变，因此，回转台设计结构合理。5.2回转台的结构优化根据以上对掘进机的四种工作情况进行的受力模拟的结果分析，可以对本次课题所选用的掘进机回转台设计结构进行一定的优化。因为回转台制作工艺为铸造，所以优化方案可以选择对回转台进行圆角化处理。如下图5-5所示，图中蓝色部分为圆角化处理之后的结果，圆角半径定为20mm，其余参数保持不变。图5-5 圆角化处理回转台模型图选取之前分析的四种工作情况中回转台所受截割阻力最大的工况，即截割臂沿竖直方向向上摆动15进行截割，其截割阻力为61642N。对圆角化处理后的回转台模型进行模拟受力分析，与之前截割臂向上摆动15进行强度校核时施加作用力相一致，生成网格，进行模拟运算。运算结果如下图5-6所示。图5-6 优化后回转台应力示意图如上图所示，对回转台进行半径为20mm的圆角化处理后，回转台所受最大应力为187Mpa，低于材料屈服强度270Mpa，且相较于优化之前应力有所减小，模型未发生明显形变，证明此种圆角化的优化处理正确。将上一种圆角化的半径增加至40mm，其余参数保持不变。如下图5-7所示，为圆角化处理后的回转台模型，蓝色部分为优化部分，半径为40mm。图5-7 圆角化处理回转台模型图同样选取向上摆动15的工作情况计算所得作用力进行模拟分析，可以得出如下图5-8所示的回转台应力分布图。图5-8 优化后回转台应力示意图如图所示的结果，此时回转台所受最大应力为185Mpa，低于选取的材料的屈服强度，相较于圆角半径为20mm处理后的结果有所减小，且未发生明显变形，因此这种优化方案合理可行。6结论回转台是悬臂式掘进机的核心部件之一，其不仅联接着截割部和掘进机机体，还在掘进机工作时起到支承作用。因为在掘进机工作时回转台所受力的复杂性，故要对其进行典型工况的受力分析，并进行强度校核。本文通过对EBZ120型悬臂式掘进机进行截割煤岩过程中回转台的强度校核，对几种典型工作情况下回转台的受力进行分析，并利用Solidworks三维软件对回转台的受力进行模拟，与选定的材料进行比较，检验了回转台设计结构的合理性，并根据实际工作情况和回转台的制造工艺对其进行一定的优化处理。本设计进行的主要工作及主要结论包括：（1）建立铸造型回转台三维模型，检验模型设计的合理性和可用性；（2）分析不同工作情况下回转台所受力的情况；（3）掘进机进行竖直方向截割时，截割臂向上摆动角度越大，回转台所受截割阻力也越大；（4）截割臂沿竖直方向向下摆动时，摆动角度越大，回转台所受截割阻力越小；（5）截割臂沿水平方向摆动时，在摆动角度最大处，回转台所受的截割阻力最小；（6）在回转台尺寸允许范围内，对其进行圆角化处理的圆角半径越大，回转台所受应力越小。参考文献1凌源. 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