薄煤层采煤机行走机构扭矩轴的强度分析

摘要:本文针对薄煤层采煤机行走机构的扭矩轴进行结构设计、强度分析、受力分析、模拟分析提供理论依据,可以更好的掌握对扭矩轴设计的安全性、可靠性。并利用solidworks进行有限元分析,分析出薄煤层采煤机行走机构在正常作业时,扭矩轴所承受最大应力值,从而对扭矩轴进行结构优化。

关键词:扭矩轴 Solidworks 薄煤层采煤机 有限元分析 薄煤层采煤机的扭矩轴一端与牵引行星减速器行星架的内花键相联,将行星架输出动力传给驱动轮。在工作时经常出现过载,采煤机的行走扭矩轴会首先断裂,因此扭矩轴的材料选择也是非常关键的,所以扭矩轴的强度校核对整个采煤机的行走起关键的作用。本文借助solidworks软件对扭矩轴进行有限元分析,进一步分析扭矩轴的应力分布状态,从而掌握扭矩轴的力学性能。

1 薄煤层采煤机行走机构扭矩轴的应用

薄煤层采煤机的扭矩轴在整个牵引机构中起着联接与传递扭矩的作用,对整个采煤机的行走起着至关重要的作用。当薄煤层采煤机在截割作业时,如遇到截矸石、或当其中的一个行走电机出现故障不作业时,而此时只能靠一个牵引电机来驱动整个采煤机的行走,这时的行走阻力很大。行走电机会出现过载,驱动轮处的扭矩轴超过额定载荷时会首先断裂,这样对传动结构起过载保护作用。

2 初步确定扭矩轴的结构参数的

薄煤层采煤机行走机构扭矩轴为空心轴,选定扭矩轴的材料为:20Cr2Ni4A、屈服强度:1080MPa;材料的扭转屈服点强度为:MPa;牵引电机功率:22kW,电机的转速:1456r/min,牵引机构的总传动比:131.5,

3.2 利用solidworks对扭矩轴进行有限元分析

通过solidworks三维软件对薄煤层采煤机的扭矩轴进行结构设计,轴上设有卸荷槽、卸荷槽处两端圆角过渡,减小应力集中,两端外花键;画出三维图形建模。给模拟结构选定材料为:20Cr2Ni4A、取弹性模量E=2.1GPa;泊松比μ=0.28。并进行网格划分如图1所示:

运用solidworks进行有限元分析因为扭矩轴工作时主要承受扭矩,因此对扭矩轴两端的花键施加载荷并运行simulation功能进行有限元分析,如图2所示:

通过扭矩轴的强度计算公式和solidworks三维软件对扭矩轴进行的有限元分析,可以看出两组安全系数的数值相差不大,二者的计算误

差很小。经过solidworks的有限元分析,可以看出薄煤层采煤机工作时主要承受的是扭矩,应力点主要集中在了轴中间的卸荷槽处,卸荷槽是轴发生应力变形最大的地方。如图2所示。

4 结语

扭矩轴作为薄煤层采煤机行走过程中最重要的保护轴。当扭矩轴材料的强度很高时,超出了拟定的设计要求当行走机构过载时,扭矩轴不会提前断裂,这样会造成牵引机构的行星齿轮传动破坏。如果扭矩轴的材料强度低,扭矩会在行走机构还没过载时就会断裂。在选择扭矩轴的材料时必须综合考虑其力学性能,保证在过载之前断裂,所以在采煤机的设计过程中要将行走机构扭矩轴的强度要求控制在所要求的的范围之内。

参考文献

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