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460 悬臂 采煤 牵引 行走 设计

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460悬臂式采煤机牵引行走部设计,460,悬臂,采煤,牵引,行走,设计

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悬臂式滚筒采煤机牵引壳体振动特性分析作者，作者单位摘要：在悬臂式滚筒采煤机的工作过程中,机身悬置于刚开出的煤道内,自由度较多,受振动源影响较大,为避免悬臂式滚筒采煤机在工作过程中发生牵引壳体共振而影响采煤机的寿命，利用Pro/E建立牵引壳体的三维实体模型，并将其导入Workbench中进行模态分析，得到其各阶固有频率和振型，考虑到振动源的频率影响,分析其振动特性。此项研究为悬臂式滚筒采煤机的牵引部设计提供了依据。关键词：悬臂式滚筒采煤机；牵引部；振动特性Vibration Characteristics Analysis of The Cantilevered Shearers Haulage Shell作者，作者单位Abstract: In the process of the cantilevered shearer,the haulage division is suspended in coal tract,and degrees of freedom is many. The vibration sources have effect on the haulage division.In order to avoid the resonance of shearers haulage shell affecting the life of the sheare in the process of the cantilevered shearer. The three-dimensional solid model of shearers haulage shell is established by Pro/E and the solid model is introduced into Workbench. The natural frequencies and mode shapes is obtained by carrying out modal analysis. Taking the influence of the frequency of the vibration sources into account, analysis of its vibration characteristics is carried out. The study provides design of the cantilevered shearers haulage division the basis.Keywords: The Cantilevered Shearer;haulage division;vibration characteristics analysis0引言牵引壳体在悬臂式滚筒采煤机中支撑牵引部齿轮传动系统、截割部和调高液压油缸。齿轮传动系统是悬臂式滚筒采煤机中应用最为广泛的动力和运动传递装置，其力学行为和工作性能对悬臂式滚筒采煤机有着重要影响，尤其是齿轮传动工作时产生机械的振动和噪声。在悬臂式滚筒采煤机的工作过程中，当牵引壳体发生共振时，牵引壳体将产生振动变形，甚至局部断裂。截割部的落煤和装煤及调高液压油缸的调高效果将受到影响。多篇文章涉及壳体和电牵引滚筒采煤机的振动特性分析。张建文等1对电牵引滚筒采煤机振动特性进行了理论分析和实测，为研究牵引部振动奠定基础；谢贵君等2,3,4摇臂壳体进行了有限元分析；但是对于牵引壳体振动特性分析未具体提出。针对薄与极薄煤层采煤机的机身小，重量轻，固有频率小，本文有必要进行牵引壳体振动特性分析，以避免牵引壳体的共振。利用Pro/E建立悬臂式滚筒采煤机牵引壳体的实体模型,导入Workbench中对其结构进行模态分析。1模态分析基础多自由度线性振动系统的微分方程的一般表达式为考虑到阻尼较小，忽略其作用，即，采用自由振动的方式建立系统的模态模型，即，得到无阻尼自由振动系统微分方程为：其特征值问题方程为：对于n自由度系统，有n个特征值。这些特征值称为系统的固有频率频率。固有频率对应的特征向量称为振型向量或模态向量，表示固有振型。当结构振动时，结构在任何时候的运动都是正交模态的线性组合。2牵引壳体的模态分析2.1有限元模型的建立考虑到Workbench大型复杂结构的麻烦，采用Pro/E进行三维实体建模。为了提高建模的效率和网格划分、求解等计算时间, 在对结构整体振动特性影响不大的前提下, 对牵引壳体结构进行了一定的简化, 忽略一些小孔、凸台、倒角等结构。2.2有限元网格划分通过有限元软件Workbench与Pro/E之间的接口，将简化后的牵引壳体模型导入Workbench中，并建立有限元模型，其材料机械性能为：弹性模量，密度，泊松比。有限元网格大体上可分为四面体和六面体等网格，由于牵引壳体结构复杂、不规则，不宜采用扫掠型网格，所以选用自动划分法。自动划分实际就是在四面体与扫掠型划分之间自动切换，这取决于被划分的几何体能否被扫掠。由于牵引壳体的固有频率和固有振型只与牵引壳体的质量分布和刚度分布有关，不需要考虑结构载荷和热载荷的加载问题。离散化后，整个牵引壳体划分成78563个单元，132252个节点。其有限元模型如图1所示。图1 牵引壳体有限元模型根据牵引壳体在悬臂式滚筒采煤机上的设计安装要求，对牵引壳体有限元模型施加以下边界条件：采煤机牵引壳体与截割部连接处为旋转约束；壳体与过桥、中间箱相连接处为固定约束；壳体与调高液压油缸连接处为无摩擦约束。2.3模态结果分析在完成边界条件的施加后，对有限元模型进行求解时，考虑到实际情况及计算时间，默认提取前6阶模态的固有频率和振型。固有频率计算结果如表1所示。表1 牵引壳体的前6阶模态固有频率阶数固有频率/Hz 阶数固有频率/Hz 1471.39 4903.06 2640.14 51002.4 3784.67 61051.7 由图2中可看出：第一阶振型特征是牵引壳体整体沿Y方向的弯曲振动，该阶振动变形主要集中在牵三轴附近，变形相对于后几阶振态要大；第二阶振型特征是牵引壳体整体在一个与YOZ平面成一定夹角的弯曲振动，该阶振动变形也主要集中在铰接孔与牵三轴间。(a) 第1阶模态振型(b) 第2阶模态振型图2 牵引壳体的第12 阶模态振型由以上分析结果可见, 牵引壳体的前6 阶模态频率均在以上, 频率较高，这是由于悬臂式采煤机的牵引部通过过桥与行走部联接，保证其具有足够的刚度。3牵引壳体有限元模型的振动特性分析3.1振动频率分析悬臂式采煤机牵引部的振动部位集中在牵引电机和牵引部传动变速箱。而液压泵站的振动和行走轮爬行的振动等其它振动源是干扰源，其振动能量比较有限，可不予考虑。3.1.1电机振动 防爆电机磁场极对数为，牵引电机可采用变频电源(PWM)供电，其电源频率为，电机正常工作时，产生倍频振动，振动大小与旋转力波的大小和机座刚度有关。电机的振动频率在。3.1.2牵引部传动系统的振动 牵引部传动系统的振动主要由齿轮的啮合振动引起，齿轮啮合振动频率为转轴旋转频率乘以齿轮齿数。 定轴轮系：式中：n转轴的转速，；Z齿轮齿数。行星轮系：式中：转轴的转速，；太阳轮齿数；内齿圈齿数。第一级传动齿轮的啮合振动频率为，第二级传动齿轮的啮合振动频率，第一级行星机构齿轮的啮合振动频率，第二级行星机构齿轮啮合振动频率为。3.2各振动源对壳体变形的影响采煤机牵引部不同部位的振动具有不同的特征频率，并且会交叉传递。现不考虑其相互影响，仅对各部位单独进行分析。3.2.1电机振动的影响电机的振动频率小于第一阶固有频率，不会引起牵引壳体的共振，所以电机振动不会给牵引壳体带来影响。3.2.2牵引部传动系统振动的影响第一级传动齿轮的啮合振动频率为，较远地避开了第二阶固有频率，处于第一、第二阶振型之间，较接近于第一阶振型。所以，第一级传动齿轮的啮合振动频率一般情况下不会对壳体造成危害。第二级传动齿轮的啮合振动频率为，较远地避开了第一阶固有频率。所以，第二级传动齿轮的啮合振动频率一般情况下不会对壳体造成危害。第二级行星机构齿轮的啮合振动频率为，较远的避开了第一阶振型。所以，第二级行星机构齿轮的啮合振动频率一般情况下不会对壳体造成危害。4结论模态分析结果表明：第一级传动齿轮的啮合振动频率远远地避开了第一、二介固有频率，对牵引壳体的影响不大，牵引壳体符合设计的需要，避免了共振；各部位振动存在交叉传递，同时又互相影响。通过对牵引壳体进行固有特性计算分析，这为牵引壳体结构动力学分析提供了重要的模态参数，同时也为进行结构优化设计提供了理论依据。参考文献：1 张建文,谭得健,于江,等.电牵引采煤机振动特性分析J.煤矿机电,2006,(4):35-37.2 谢贵君,杨兆建,王义亮.大采高电牵引采煤机摇臂结构模态分析J.机械工程与自动化,2011,(1):12-14.3 刘晓辉,谭长均,陈俊锋.采煤机截割部壳体振动特性J.制造业自动化,2012,34(7):1-3.4 吴彦,冯泾若,汪崇建.虚拟样机技术在采煤机械设计中的应用J.煤矿机电,2003,(1):4-7.5 张华,安晓卫.电机壳体振动特性分析J.机械设计与制造,2005,(5):52-53.6