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采煤机截割部扭矩轴的动态可靠性分析

东北大学学报(自然科学版) 2020年第2期41卷 217-222页

作者：杨周姜超张义民姜红猛东北大学机械工程与自动化学院沈阳化工大学机械工程学院

考虑结构和材料等随机参数对零件动态可靠性的影响,避免轴系产生共振,利用Workbench软件建立扭矩轴参数化有限元模型.用模态分析法求解前六阶固有频率和临界转速,并与传递矩阵法比较,证明了结构和转速设计的合理性.结合谐响应分析,说明... 详细信息

考虑结构和材料等随机参数对零件动态可靠性的影响,避免轴系产生共振,利用Workbench软件建立扭矩轴参数化有限元模型.用模态分析法求解前六阶固有频率和临界转速,并与传递矩阵法比较,证明了结构和转速设计的合理性.结合谐响应分析,说明共振失效应考虑一阶固有频率.通过响应面设计和拉丁超立方抽样法完成对扭矩轴结构、材料参数的抽样,运用BP神经网络拟合一阶固有频率的功能函数,并求解随机参数的可靠性灵敏度.采用一次二阶矩法(FOSM)计算轴在特定转速下的可靠度,并用Monte-Carlo模拟法(MCS)进行了验证,说明转速设计较为可靠.通过灵敏度分析,明确了对扭矩轴动态可靠性影响最大的因素,为轴的稳健优化设计奠定基础.

关键词：扭矩轴有限元 BP神经网络可靠度可靠性灵敏度

基于Workbench的采煤机截割部扭矩轴有限元分析

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煤炭技术 2022年第3期41卷 184-187页

作者：吴娜崔立军天津职业大学机电工程与自动化学院天津300410 天津职业技术师范大学工程实训中心天津300222

采煤机截割部扭矩轴的卸荷槽是其实现过载保护功能的关键,传统的扭断实验设计方法周期长,费用高,因此采用有限元仿真的方法确定卸荷槽的形式。对扭矩轴的工作原理和状态进行分析,建立卸荷槽为U型、V型和I型的3种扭矩轴的三维模型,分别... 详细信息

采煤机截割部扭矩轴的卸荷槽是其实现过载保护功能的关键,传统的扭断实验设计方法周期长,费用高,因此采用有限元仿真的方法确定卸荷槽的形式。对扭矩轴的工作原理和状态进行分析,建立卸荷槽为U型、V型和I型的3种扭矩轴的三维模型,分别对其进行模态分析和静力学分析。模态分析结果显示,扭矩轴的固有频率都较高,不易与采煤机发生共振,静力学分析结果显示,U型卸荷槽对应的扭矩轴受到的应力最小,应力集中情况最弱,因此选用U型卸荷槽实现对电动机的过载保护。

关键词： Workbench 采煤机 UG 扭矩轴卸荷槽

采煤机截割部冲击动力学及扭矩轴参数化设计方法研究

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采煤机截割部冲击动力学及扭矩轴参数化设计方法研究

作者：杨翰超太原理工大学

学位级别：硕士

滚筒式电牵引采煤机为综采工作面的主要设备,具有效率高,可靠性高、工作寿命长等优点。截割部为采煤机的主要工作机构,由传动系统、截割电机及电气系统等组成,主要进行截煤和落煤等工作。扭矩轴是采煤机截割部的关键零部件,其主要作用包... 详细信息

滚筒式电牵引采煤机为综采工作面的主要设备,具有效率高,可靠性高、工作寿命长等优点。截割部为采煤机的主要工作机构,由传动系统、截割电机及电气系统等组成,主要进行截煤和落煤等工作。扭矩轴是采煤机截割部的关键零部件,其主要作用包括:一方面起到传递动力、柔性启动和对截割部传动系统弹性缓冲的作用,另一方面当采煤机过载时,扭矩轴自行破断,起到保护截割电机的作用。但在有些情况下,采煤机过载时扭矩轴未能按照设计要求破断,导致采煤机的损坏,从而影响生产。在采煤机滚筒截割煤体的过程中,由于煤体的复杂性,滚筒会受到不断变化的阻力和阻力矩,滚筒和截割电机的转速也会不断波动。针对以往采煤机截割部扭矩轴动力学分析未考虑截割部机电耦合特性的问题,以某型号采煤机为例,研究了机电耦合特性对扭矩轴负载的影响。首先,对其截割部的动力特性进行了理论推导及仿真分析,基于截割电机与截割部传动系统的动力学模型,构建了采煤机截割部机电耦合模型;然后,利用LS-DYNA对滚筒截割煤体过程进行了仿真,分析了滚筒负载特性;最后,通过ADAMS和SIMULINK对截割部进行了刚柔耦合与机电耦合动力学仿真分析,研究了机电耦合对扭矩轴负载的影响。为了研究扭矩轴的参数化设计方法与破断条件,利用有限元分析软件ANSYS Workbench和建模软件提出了一种扭矩轴的参数化设计方法,并基于Workbench与Matlab研究了扭矩轴在给定载荷作用下恰好能够破断的结构。基于疲劳损伤理论,通过ANSYS nCode对扭矩轴进行了疲劳寿命分析,得到了扭矩轴的疲劳损伤和疲劳寿命。通过本文研究可以得出结论:机电耦合对扭矩轴负载起抑制作用,扭矩轴负载转矩均值减小了6.32%,最大值减小了14.87%;因截割部机电耦合特性的影响,扭矩轴在工作时,转速在电机额定转速上下波动;扭矩轴振幅最大部位主要出现在中段及卸荷槽处,可通过优化这些部位来增强扭矩轴强度;扭矩轴在受到三倍电机额定转矩时,扭矩轴恰好能扭断的卸荷槽圆弧半径为24.33mm,扭矩轴在受到五倍电机额定转矩时,扭矩轴恰好能扭断的卸荷槽圆弧半径为18.43mm;扭矩轴的最小循环次数为1.247e10次,疲劳寿命较长,正常情况下扭矩轴的损坏以过载扭断为主。

关键词：滚筒式采煤机截割部扭矩轴机电耦合刚柔耦合参数化设计

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采煤机扭矩轴可靠性分析与优化设计

机械强度 2017年第3期39卷 585-591页

作者：赵丽娟李明昊张品好辽宁工程技术大学机械工程学院阜新123000

作为保护采煤机关键零部件的扭矩轴,其性能对采煤机的可靠性与使用寿命有重大影响。建立以扭矩轴、摇臂壳体、截割部行星轴和行星架为模态中性文件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,结合实际工况,基于项目组开发的"采煤机载荷模拟程序"计... 详细信息

作为保护采煤机关键零部件的扭矩轴,其性能对采煤机的可靠性与使用寿命有重大影响。建立以扭矩轴、摇臂壳体、截割部行星轴和行星架为模态中性文件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,结合实际工况,基于项目组开发的"采煤机载荷模拟程序"计算获得了采煤机滚筒的载荷文件,通过Adams仿真得到了扭矩轴的最大剪切应力和扭转位移及时刻。基于神经网络和可靠性灵敏度理论得到了扭矩轴剪切应力与位移对卸荷槽结构参数的灵敏度。以采煤机牵引速度和扭矩轴剪切应力与位移为约束条件,对卸荷槽进行优化设计,结果表明:当采煤机牵引速度大于12.236 7 m/min时,扭矩轴及时断裂,提高了采煤机的可靠性与使用寿命。

关键词：采煤机扭矩轴神经网络可靠性灵敏度优化设计

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采煤机扭矩轴断裂特性数值模拟

机械设计 2018年第4期35卷 67-70页

作者：赵丽娟李明昊范佳艺刘旭南辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000

作为保护采煤机关键零部件的扭矩轴,其断裂特性对采煤机的可靠性与使用寿命有重大影响。建立采煤机刚柔虚拟样机耦合模型,结合实际工况,基于项目组开发的采煤机载荷模拟程序计算获得了采煤机滚筒的载荷文件,通过ADAMS仿真得到了扭矩轴... 详细信息

作为保护采煤机关键零部件的扭矩轴,其断裂特性对采煤机的可靠性与使用寿命有重大影响。建立采煤机刚柔虚拟样机耦合模型,结合实际工况,基于项目组开发的采煤机载荷模拟程序计算获得了采煤机滚筒的载荷文件,通过ADAMS仿真得到了扭矩轴的最大剪切应力及时刻。建立引入裂纹后的扭矩轴有限元模型,结合断裂力学,应用微动疲劳与三维裂纹扩展分析软件FRANC3D对扭矩轴进行断裂特性数值模拟,得到了扭矩轴裂纹前缘应力强度因子,对其进行裂纹扩展分析,结果表明裂纹前缘应力强度因子随着裂纹扩展步数的增加而增加,疲劳寿命为2.185 8×10~5次。将虚拟样机技术与断裂力学相结合,为机械设备中零部件设计与研究提供了新的技术与数据支持。

关键词：采煤机扭矩轴断裂力学应力强度因子裂纹扩展

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连续采煤机截割部扭矩轴破断保护性能分析

机械管理开发 2023年第3期38卷 42-43,46页

作者：侯伟中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030051 煤矿采掘机械装备国家工程实验室山西太原030051

采煤机进行煤岩截割的过程中,受到煤层中矸石等杂质的影响,对截割部造成冲击作用,使其承载过大。为避免截割部的受损破坏,采用扭矩轴进行截割部电机及传动系统之间的连接,在扭矩轴上设置相应的卸荷槽,使其产生应力集中现象,首先产生破断... 详细信息

采煤机进行煤岩截割的过程中,受到煤层中矸石等杂质的影响,对截割部造成冲击作用,使其承载过大。为避免截割部的受损破坏,采用扭矩轴进行截割部电机及传动系统之间的连接,在扭矩轴上设置相应的卸荷槽,使其产生应力集中现象,首先产生破断,实现对截割部的保护。针对扭矩轴的应力进行分析,并对卸荷槽的半径进行优化设计,使其最大应力值大于扭矩轴的扭转强度,从而对截割部形成有效的保护。

关键词：采煤机截割部扭矩轴卸荷槽应力集中保护

基于ANSYS的采煤机截割部扭矩轴有限元分析

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煤矿机械 2020年第4期41卷 178-180页

作者：刘晓中国石油大学胜利学院机械与控制工程学院山东东营257061

以MG800/2000-GWD型采煤机截割部扭矩轴为研究对象,利用Pro/E软件完成U、V、I三种槽形的扭矩轴卸荷槽结构建模,采用静力学有限元方法建立3种槽形的扭矩轴静力学模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench分析得到同等条件下U形、V形、I形... 详细信息

以MG800/2000-GWD型采煤机截割部扭矩轴为研究对象,利用Pro/E软件完成U、V、I三种槽形的扭矩轴卸荷槽结构建模,采用静力学有限元方法建立3种槽形的扭矩轴静力学模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench分析得到同等条件下U形、V形、I形卸荷槽的应力云图,确定U形卸荷槽力学特性最优,为其他型号采煤机截割部扭矩轴的设计提供了参考依据。

关键词：采煤机扭矩轴有限元分析静力学分析 ANSYS

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滚筒式采煤机扭矩轴改进设计与应用研究

机械管理开发 2023年第6期38卷 137-138,141页

作者：闵文许强铁法煤业(集团)有限责任公司物资供应分公司辽宁调兵山112700 铁法能源集团大强煤矿有限责任公司辽宁调兵山112700

针对截割部扭矩轴进行研究,通过ANSYS有限元仿真计算软件的应用,对扭矩轴的强度进行分析和优化,在实际优化中通过改变卸荷槽的半径R值来提高卸荷槽处的最大应力值,使其达到扭矩轴材料的许用应力值,在扭矩轴受到过载作用下可以及时断裂,... 详细信息

针对截割部扭矩轴进行研究,通过ANSYS有限元仿真计算软件的应用,对扭矩轴的强度进行分析和优化,在实际优化中通过改变卸荷槽的半径R值来提高卸荷槽处的最大应力值,使其达到扭矩轴材料的许用应力值,在扭矩轴受到过载作用下可以及时断裂,最终完成对扭转轴的优化设计。

关键词：滚筒式采煤机卸荷槽扭矩轴半径

连续采煤机扭矩轴不同类型卸荷槽性能对比分析

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机械管理开发 2022年第1期37卷 101-103页

作者：李刚山西天地煤机装备有限公司山西太原030006

为了解决因扭矩轴设计不合理,而使连续采煤机扭矩轴在使用过程中经常出现过载不断、频繁断裂的现象,利用有限元分析软件(ABAQUS)对连续采煤机扭矩轴不同类型的卸荷槽进行可靠性分析,得出V型卸荷槽、工型卸荷槽、U型卸荷槽三种槽型的应... 详细信息

为了解决因扭矩轴设计不合理,而使连续采煤机扭矩轴在使用过程中经常出现过载不断、频繁断裂的现象,利用有限元分析软件(ABAQUS)对连续采煤机扭矩轴不同类型的卸荷槽进行可靠性分析,得出V型卸荷槽、工型卸荷槽、U型卸荷槽三种槽型的应力、变形情况,并对这三种类型卸荷槽进行分析,分析出最合理的结构类型为U型卸荷槽。

关键词：连续采煤机扭矩轴卸荷槽应力应变