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掘進機截割電機機殼的有限元分析

發布于:2022-05-17 19:44
有限元分析

      煤礦井下巷道掘進機通常采用雙速截割機構以適應地質條件的變化。其核心為雙速截割電機,大部分機型采用了恒轉矩截割電機,即截割頭高低2個轉速作業時輸出的轉矩基本不變,截割能力沒有提高。重型掘進機首次采用了恒功率雙速截割技術,其工作原理是截割同一斷面時,遇煤則采用高速,截割頭轉速遇巖則采用低速,截割頭轉速運截割功率不變,低速比高速扭矩提高一倍,單刀力達到7.21dV,是國產其他同類機型的1. 5倍以上。
      截割力的提高,必然提高與之相匹配的其他性能參數指標,如截割牽引力和機重等,總體參數性能的提高勢必對受力結構件的強度、剛度提出更高的要求。由于截割電機機殼是截割機構關鍵受力部件,其結構特殊且受力狀態復雜,為確保其設計性能滿足掘進機截割的各種工況條件,需要對其應力分布規律進行全面了解。為全面了解其應力分布狀態,確定其強度和剛度,應用有限元分析程序進行了多工況多位置應力分析研究,對EBZ 160TY重型掘進機截割機構截割電機機殼的應力分布規律有了基本了解。
      截割電機安裝在電機機殼內,電機機殼為鋼板焊接結構。為了獲得良好的焊接接頭和力學性能,機殼結構采用了3組L形板與電機機殼組焊,耳板與電機機殼后法蘭和3組L形板組焊。所用鋼板材料為Q345,L形板厚度25mm,前法蘭厚度65 mm,后法蘭厚度95 mm,電機整機機殼質量2300 kg,采用E5106焊條焊接,組焊后進行退火消除應力處理。
      截割電機機殼前端法蘭與截割減速器、截割頭通過高強螺栓緊固連接,后端通過銷軸鉸接在回轉機構上。當掘進機工作時,截割電機帶動截割頭旋轉,同時通過2組液壓油缸牽引分別進行鉆進掏槽和橫掃截割作業。
      破落并剝落煤巖體是掘進機械的主要功能,在破碎煤巖的過程中發生的物理現象很復雜,其消耗的功率主要是用于克服截割過程中的阻力,牽引機構的功率消耗在很大程度上也與該阻力有關。試驗證明,截割頭截齒以一定的壓力接觸煤巖體的瞬間,煤巖體產生局部變形,產生應力集中并逐漸增大,應力超過某個極限時,煤巖被壓碎成細粉而形成密實核,密實核向周圍傳遞壓力,使煤巖體破碎。在截割過程中,截割機構受到煤巖原始結構遭到破壞的阻力、煤巖的內摩擦力以及煤巖與截害頭截齒表面的摩擦阻力等。由于不同煤巖力學性質對截割阻力的影響很大,難以進行精確計算,故進行如下假設:根據該型號掘進機設計極限設置邊界條件。截割牽引力最大取值范圍應考慮該機所能提供的最大穩定力矩。碼分橫掃截割和上下擺動截割2種工況進行分析計算。


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