采煤機(jī)行走輪的參數(shù)建模與有限元分析

1、煤 礦 機(jī) 械Coal Mine MachineryVol.32No.05May. 2011第 32卷第 05期 2011年 05月前言在目前采煤機(jī)無鏈牽引機(jī)構(gòu)中 , 主動(dòng)輪 -齒軌 式性能最佳 , 也最為常見 , 其典型機(jī)構(gòu)中擺線輪 -銷 軌式被廣泛使用 , 且不斷改進(jìn) , 主要表現(xiàn)在齒輪的 結(jié)構(gòu)形式上 。 目前使用的齒輪有漸開線齒輪和擺線 齒輪 , 漸開線齒輪不能很好地適應(yīng)井下起伏不平的 工作環(huán)境 ; 而根據(jù)赫茲接觸理論 , 擺線齒輪與銷軌 嚙合 , 其產(chǎn)生的接觸應(yīng)力較大 , 易造成齒面點(diǎn)蝕 、 磨 損和輪齒斷裂現(xiàn)象 。 所以有人提出使用漸開線 -擺 線復(fù)合齒輪 。1漸開線 -擺線復(fù)合齒廓

2、的形成原理(1 復(fù)合齒廓的組成漸開線 -擺線復(fù)合齒輪齒廓由 3段組成 , 如圖 1所示 。 即齒頂外擺線弧 AB , 齒廓中部漸開線弧 BC , 齒根內(nèi)擺線弧 C D 。圖 1復(fù)合齒廓形成原理根據(jù)擺線形成原理及擺 線方程可得 齒頂處外 擺線弧 AB 的方程x a =(R+ra sin (r a a /R-+a -r a sin (1+r a /R a -a y a =(R+ra cos (r a a /R-+a -r a cos (1+r a /R a -a 式中 a 外滾圓滾動(dòng)角 ; 齒廓初始角 , =arcsin s /(2R ; 分度圓弦齒厚 ; a 外擺線相對(duì)齒廓初始角的偏轉(zhuǎn)角 ; R

3、 分度圓半徑 , R=mz /2=tz/(2; r a 外滾圓半徑 。 同理可得齒根處內(nèi)擺線弧 CD 的方程x d =-(R -r d sin (r d d /R+d +r d sin (1-r d /R d -d y d =(R-r d cos (r d d /R+d +r d cos (1-r d /R d -d 式中 d 內(nèi)滾圓滾動(dòng)角 ;d 內(nèi)擺線相對(duì)齒廓初始角 的偏轉(zhuǎn)角 ; r d 內(nèi)滾圓半徑 。 齒廓中部漸開線弧 BC 的方程x =-R b sin (tan -inv k - +R b tan cos (tan -inv k - y =R b cos (tan -inv k - +R

4、 b tan sin (tan -inv k - 式中 k 分度圓壓力角 ;R b 基圓半徑 , R b =R cos k ; 壓力角 。 (2 復(fù)合齒廓的形成條件復(fù)合齒廓應(yīng)該是一條光滑的曲線 , 所以要求齒 廓上外擺線在點(diǎn) B 處的切線要等于漸 開線在點(diǎn) B 處的切線 , 內(nèi)擺線在點(diǎn) C 處的切線等于漸開線在點(diǎn)C 處的切線 。 由此可得a =2(tan k -k r a /R d =-2(tan k -k r d /R2漸開線 -擺線復(fù)合行走輪的計(jì)算與建模以 MG500/1230-WD型無鏈電牽引采煤機(jī)行走輪為研究對(duì)象 , 選擇適當(dāng)?shù)膮?shù) , 建立復(fù)合齒輪的 三維模型 。復(fù)合齒輪參數(shù) :齒數(shù)

5、 /z 11模數(shù) /m46采煤機(jī)行走輪的參數(shù)建模與有限元分析徐建超 , 譚超 , 趙亞東(中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 , 江蘇 徐州 221008摘要 :對(duì)漸開線 -擺線復(fù)合齒輪建立數(shù)學(xué)模型 , 以 MG500/1230-WD型無鏈電牽引采煤機(jī)為參照對(duì)象 , 選擇適當(dāng)?shù)膮?shù) , 建立齒輪的三維模型 , 最后對(duì)建立的模型用 ANSYS 軟件進(jìn)行有限元 分析 , 確定復(fù)合齒輪用于采煤機(jī)行走輪的可行性 、 性能的優(yōu)劣 。關(guān)鍵詞 :漸開線 -擺線復(fù)合齒輪 ; 數(shù)學(xué)模型 ; ANSYS中圖分類號(hào) :TD421.6; O241.82文獻(xiàn)標(biāo)志碼 :A 文章編號(hào) :1003-0794(2011 05-0091

6、-02Parameters Modeling and FEA of Shearer WheelXU JIAN-chao , TAN Chao , ZHAO YA-dong(Collegeof Electromechanical Engineering , China University of Mining and Technology , Xuzhou 221008, ChinaAbstract :The inviolate -cycloid compound gear mathematical model was built. Then take MG500/1230-WD electri

7、cal haulage shearer without chain type as reference object, choose proper parameters and built 3D model of gear. T hrough analysis the model by ANSYS software, find the feasibility of using compound gear as shearer wheel machine and the performance of the compound gear. Key words :inviolate-cycloid

8、compound gear ; mathematical model ; ANSYS xy kr d RdD N kR bMB a dar a CA分度圓半徑 R /mm253外滾圓半徑 r a /mm70內(nèi)滾圓半徑 r d /mm86分度圓弦齒厚 s /mm58分度圓壓力角 k /(° 20根據(jù)復(fù)合齒輪參數(shù)數(shù)據(jù) 建立復(fù)合齒 輪的三維模型如圖 2所示 。圖 2復(fù)合齒輪的 Pro/E三維模型3漸開線 -擺線復(fù)合齒輪的性能分析普通擺線齒輪由內(nèi)擺線和外擺線構(gòu)成 , 在節(jié)圓處的曲率半徑為零 , 使得齒輪在節(jié)點(diǎn)附近的接觸應(yīng) 力較大 。 同時(shí)輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度 , 以齒根處為最 弱 。 所以導(dǎo)致

9、了采煤機(jī)行走輪常出現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕 、 磨 損和輪齒斷裂現(xiàn)象 。 漸開線 -擺線復(fù)合齒輪在理論 上解決了上述問題 , 復(fù)合齒輪在節(jié)圓附近采用漸開 線 , 有效地解決了擺線齒輪節(jié)圓附近曲率較小的問 題 。 同時(shí)在齒根 、 齒頂處采用擺線 , 增加了齒根的厚 度 , 提高了齒根處的彎曲強(qiáng)度 ; 又減小齒頂厚度 , 使 得齒輪更有利于與齒軌嚙合 。 下面將利用 ANSYS 軟件對(duì)復(fù)合齒輪齒面的接觸應(yīng)力和齒根的彎曲應(yīng) 力進(jìn)行分析 , 觀察其結(jié)果是否滿足強(qiáng)度要求 , 是否 具有理論設(shè)計(jì)時(shí)所提出的優(yōu)點(diǎn) , 是否造成了齒輪其 他地方的應(yīng)力變大或應(yīng)力集中 。 復(fù)合齒輪的材料采 用 18Cr2Ni4WA , 其 材

10、料 屬 性 :彈 性 模 量 E 2.02e11Pa , 泊松比 0.273。為觀察齒根危險(xiǎn)截面的受力情況 , 將齒輪視為 懸臂梁 , 將全部載荷作用于齒頂 , 得到齒根在工況 下的最大彎曲應(yīng)力 , 如圖 3所示危險(xiǎn)截面應(yīng)力遠(yuǎn)小 于許用應(yīng)力 1180MPa 。 圖 4為節(jié)圓附近齒面接觸 應(yīng)力圖 , 由圖可知復(fù)合齒輪很好地解決了擺線齒輪 節(jié)圓附近應(yīng)力較大的問題 。 表明有限元分析結(jié)果與理論分析結(jié)果相符 。圖 3齒根危險(xiǎn)截面應(yīng)力圖圖 4節(jié)圓附近齒面接觸應(yīng)力圖4結(jié)語漸開線 -擺線復(fù)合齒輪作為無鏈電牽引采煤機(jī)的行走輪 , 具有比擺線齒輪更多的優(yōu)勢(shì) , 它由 3段 線組成 , 在節(jié)圓附近采用漸開線很好地

11、解決了擺線 節(jié)圓處曲率為零的問題 , 同時(shí)下擺線增加了齒根厚 度 , 提高了彎曲強(qiáng)度 。 這使得采煤機(jī)牽引機(jī)構(gòu)的可 靠性和使用壽命提高 , 材料損耗減少 , 使之具有良 好的市場(chǎng)前景 。參考文獻(xiàn) :1程志紅 . 機(jī)械設(shè)計(jì) M . 徐州 :中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社 , 2006. 2陳偉 , 杜長(zhǎng)龍 , 夏麗建 , 等 . 采煤機(jī)行走輪擺線輪設(shè)計(jì)研究 J . 煤礦機(jī)械 , 2010, 31(6:1-2.3王振乾 . 滾筒式采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及強(qiáng)度研究 J . 煤礦機(jī)械 , 2007, 28(3:50-51.4劉春生 , 吳衛(wèi)東 , 李萍 . 采煤機(jī)漸開線擺線復(fù)合齒無鏈牽引機(jī)構(gòu)的研究 J . 礦山

12、機(jī)械 , 2000(2:18-19.作者簡(jiǎn)介 :徐建超 (1988-, 江蘇常州人 , 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué) 院機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)在讀研究生 , 電子信箱 :.責(zé)任編輯 :于秀文 收稿日期 :2010-12-1 8第 32卷第 05期Vol. 32No.05采煤機(jī)行走輪的參數(shù)建模與有限元分析 徐建超 , 等 362.23316.87271.6226.33181.07407A Max A:StaticStructunal(ANSYSEquivalent StressType:Equivalent(von-MisesStressUnit:MPaTime

13、:12010/12/1222:41煤泥煤矸石電廠采用電壓型無功補(bǔ)償兗州礦業(yè) (集團(tuán) 公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦煤泥煤矸石熱電廠 1#機(jī)組作為自備發(fā)電機(jī)組 , 經(jīng)過 20000kVA 的 1#隔離變壓器及電 抗器供電至濟(jì)寧二號(hào)煤礦 。 1#主變壓器和電抗器為高阻抗設(shè)備 , 雖然 1#發(fā)電機(jī)發(fā)電功率因數(shù)可控制在 0.85, 但供電率達(dá) 0.98, 網(wǎng)供力率最低時(shí)僅 0.037, 決定增加無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償 。國(guó)內(nèi)大多數(shù)無功補(bǔ)償?shù)某霭l(fā)點(diǎn)還放在用戶側(cè) , 只注意補(bǔ)償用戶的功率因數(shù)而不是降低電網(wǎng)的損耗 。 該廠新增無功補(bǔ)償 裝置安裝在電廠一側(cè) 6kV 聯(lián)絡(luò)母線上 。 6kV 配電室無空余位置 , 將 6kV 聯(lián)絡(luò)母線通過專用開關(guān)由電纜接到一 樓 電 容 器 室 。 新增無功補(bǔ)償裝置從調(diào)節(jié)手段上進(jìn)行了突破 , 不采用電容器投切 , 改