刨煤机牵引块疲劳寿命分析与优化设计

作为刨煤机关键零件的牵引块,其性能对刨煤机的工作效率及动态可靠性有重大影响。以刚柔耦合多体系统动力学理论为基础,建立以刨刀和牵引块为模态中性文件的刨煤机刚柔耦合虚拟样机模型;结合实际工况,基于“刨煤机设计计算系统软件”获得的刨刀和刨链的载荷文件,通过ADAMS仿真得到了牵引块的应力与应变云图;基于ADAMS的仿真结果,利用NSOFT软件对牵引块进行疲劳寿命分析,并对疲劳寿命较低的12个区域进行优化设计,使牵引块等效应力和应变最大值分别降低了46.4%和48%,最小疲劳寿命提高了184.35%,满足设计要求。     

薄煤层采煤机可靠性分析与疲劳寿命预测

以刚柔耦合多体系统动力学理论为基础,建立了摇臂壳体和牵引部壳体为柔性件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型;根据滚筒工作阻力和采煤机主要技术参数,推导出了采煤机牵引阻力的取值范围,验证了动力学仿真分析中牵引阻力参数设置的正确性;基于Matlab编程,获得了前后滚筒的载荷文件,并通过ADAMS动力学仿真分析,发现了采煤机壳体的应力分布与变形情况,提出了改进措施;基于动力学仿真结果中壳体关键节点的主应力载荷,获得了用于疲劳寿命分析的载荷谱,通过疲劳寿命计算,得到了壳体的最小疲劳循环次数和疲劳损伤值,发现了壳体疲劳寿命的薄弱环节。为研究设备在大范围刚性运动与柔性构件小变形运动时的应力、变形和疲劳寿命情况提供了新的方法。     

薄煤层采煤机截割部壳体疲劳可靠性分析

截割部壳体作为采煤机的关键零件,其疲劳寿命可靠性对采煤机的可靠性有着重要的影响。基于刚柔耦合虚拟样机技术,构建了采煤机联合仿真平台。分析得到了截割部壳体的等效应力值为234.984 6 MPa,为疲劳寿命分析提供数据支撑。基于应力-强度干涉理论、对数正态分布、蒙特卡洛法和疲劳寿命分析方法,得到了壳体的疲劳寿命可靠度。分析滚筒转速和牵引速度对滚筒装煤率及疲劳寿命可靠度的影响,分析结果可为采煤机关键件的可靠性研究提供理论基础与数据支撑。     

掘进机截割部行星轴疲劳寿命分析

掘进机截割部行星轴作为掘进机传动系统的关键零件,掘进机所受的交变载荷对行星轴的可靠性和疲劳寿命有着重要的影响。构建掘进机整机的刚柔耦合虚拟样机联合仿真模型,仿真得到了截割部行星轴的等效应力、等效应力极大值的位置和应力变化规律。利用NSOFT（疲劳寿命分析软件）对一级行星轴和二级行星轴进行疲劳寿命分析,得到行星轴的疲劳寿命循环次数。     

输送机刮板链立环疲劳寿命预测方法研究

针对刮板输送机刮板链立环疲劳试验成本高、周期长的不足,利用多体动力学软件建立链传动系统的刚-柔耦合动力学模型。首先对典型工况进行仿真计算,得到立环在各仿真时刻的应力云图,并确定危险点;其次提取危险点的载荷应力时间历程,根据刮板输送机的任务剖面进行载荷处理,得到能够直接进行寿命计算的载荷谱;最后根据线性疲劳损伤累积法则进行立环危险点疲劳寿命计算,得到立环在任务剖面下的循环次数。利用虚拟样机技术进行立环疲劳寿命预测的方法,不仅可以减少疲劳试验成本,也可为将来进行整机的疲劳试验提供技术基础。     

5种工况下AXERA T10型凿岩台车大臂疲劳寿命仿真

凿岩台车大臂在凿岩台车工作过程中受多种交变载荷作用,易造成大臂出现裂纹甚至断裂。以汤姆洛克AXERA T10型凿岩台车为研究对象,建立其钻臂三维模型以及钻臂刚柔耦合模型;在选定的5种极限位置工况下仿真得到大臂薄弱节点;对薄弱节点进行疲劳寿命分析,发现疲劳循环次数最小的节点出现在工况4下大臂支撑推进梁的俯仰液压缸铰孔边缘处,并计算得到疲劳寿命为3 067 h。该仿真分析为同类型凿岩台车的大臂设计提供了参考。     

锤式破碎机刚柔耦合模型及其载荷方法研究

以PROE/ADAMS/ANSYS等大型工程软件为设计手段,应用数字样机技术和集成分析方法,建立建模仿真分析优化的联合平台。提出了满足其性能驱动要求的刚柔耦合模型和设计分析一体化方法,得到了锤式破碎机工作过程中的动态载荷,对整机进行了分析优化,对锤头寿命进行了预测,对工程实际具有重要的理论意义和实际应用价值。     

基于ANSYS和ADAMS的振动筛筛帮疲劳寿命分析

通过ANSYS对振动筛浮动筛框柔化处理后,在ADAMS中进行振动筛的刚柔耦合仿真并获取筛帮的载荷历程。对筛帮进行有限元静力学分析,得到危险部位的应力结果。根据筛帮材料的特点,绘制S-N曲线。结合筛帮的载荷历程、有限元分析结果和材料的S-N曲线对其进行疲劳寿命计算。分析结果表明筛帮两侧与支撑部件连接的安装孔是疲劳破坏的危险处,筛帮的疲劳寿命满足振动筛疲劳极限的设计要求。     

复杂煤层采煤机螺旋滚筒渐变可靠性设计

为实现采煤机螺旋滚筒在复杂煤层赋存条件下综合性能最优,以"MG400/951-WD"型号采煤机为研究对象,基于破煤理论,利用Matlab得到了含坚硬夹矸及(或)硫化铁结核的复杂煤层赋存条件下螺旋滚筒截齿载荷,结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以螺旋滚筒为柔性件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,仿真发现了采煤机薄弱环节;结合EDEM离散元技术得到采煤机装煤性能。基于可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论和性能退化理论,分析了螺旋滚筒设计变量对渐变可靠性灵敏度的影响,构建了螺旋滚筒多目标优化设计评价函数,利用改进粒子群算法,得到设计变量最优解。结果表明,优化后的螺旋滚筒最大应力下降,装煤率提高,螺旋滚筒综合性能得到提升,可靠性得到提高。将刚柔耦合虚拟样机技术与可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设计理论、性能退化理论和改进粒子群算法相结合,为采掘机械设备的可靠性分析与设计提供理论方法和数据支撑,具有普适性。     

基于经济截割的采煤机运动学参数优化研究

利用Matlab软件编制了采煤机以不同牵引速度、不同截割深度截割不同坚固性系数煤层时的载荷计算程序并生成载荷文本,采用均匀设计法对这些文本进行选择,作为刚柔耦合模型的外载,仿真后通过人工神经网络预测了其他工况下各关键零部件的可靠性。基于神经网络预测结果分析了煤层坚固性系数,采煤机牵引速度以及滚筒截割深度与采煤机工作可靠性的关系。并且在保证采煤机可靠工作的前提下,得到了采煤机经济截割曲线,以及相应的最优生产率。研究表明：该型采煤机截割坚固性系数为3的韧性煤时,推荐牵引速度为4.807 m/min,截割深度为550 mm,此时采煤机落煤率为257.8 t/h,其中,单滚筒理论最大落煤率为165 t/h。将虚拟样机技术与人工神经网络相结合能更快更好地解决工程实际中的多参数复杂优化问题。     

刨煤机过载保护销设计方法研究

借助经验参数和理论分析,对刨煤机过载保护销的设计理论进行了研究,提出了过载保护销直径的设计方法及主牵引链最大载荷的确定方法,分析了刨链极限力及刨头堵塞距离对保护销的影响.     

采煤机破碎装置锥销轴优化分析

基于疲劳寿命理论,利用ANSYS有限元分析软件,对采煤机破碎装置的锥销轴进行了疲劳寿命仿真。通过完善边界条件处理方式,保证仿真结果与实验结果一致,得到了该零件危险部位的应力及寿命安全系数。利用有限元优化模块与灵敏度方法相结合,对锥销轴的外形结构尺寸进行了优化,优化后锥销轴重量减轻了4.5%,疲劳使用率提高了61.4%。     

随机动载荷作用下刨煤机刨链疲劳寿命预测

通过建立的刨煤机动力学模型,采用雨流法、线性Miner疲劳累积损伤模型,对刨链疲劳寿命进行预测。通过仿真计算,得到不同随机刨削阻力、不同刨链预紧力以及不同链轮齿数作用下的刨链疲劳寿命。结果表明：刨削阻力均值增加,疲劳寿命降低;增大刨链预紧力或增加链轮齿数均可提高刨链疲劳寿命;随机煤壁作用力和刨链预紧力对刨链的疲劳寿命影响较大,链轮多边形效应影响较小。通过刨链张力测试实验,分析在不同刨削深度情况下张力实验数据,得到刨链疲劳累积损伤规律与通过仿真得到的规律一致     

低位放顶煤反四连杆过渡支架关键部件设计研究

针对正四连杆放顶煤过渡支架极易出现前后排立柱受力不均衡以及放顶煤过渡支架在冲击载荷的作用下易导致主要承载结构疲劳性失稳破坏的问题,以反四连杆放顶煤过渡支架的主体结构件顶梁和底座为研究对象,运用SolidWorks建立顶梁和底座的三维模型,利用ANSYS Workbench有限元软件对零部件进行疲劳寿命分析。基于对顶梁与底座的耐用性以及损伤图等数据的研究,获得了顶梁和底座的疲劳累计损伤最大值和易发生疲劳破坏的部位。研究结果表明,设计的顶梁和底座在载荷作用下变形量较小,顶梁和底座的疲劳累积损伤最大比值均小于1,满足过渡支架各部分结构设计寿命小于可用寿命的要求。     

构件疲劳破坏的数值模拟分析

简单介绍了基于有限元分析结果进行疲劳寿命估算的基本理论和思路 ,运用ANSYS程序对一典型构件进行有限元数值模拟 ,得到应力强度因子 ,并进行了疲劳寿命估算。得出不同裂纹长度的应力强度因子幅值、裂纹扩展率和疲劳寿命。分析结果与用解析法的计算结果基本相近 ,同时体现了有限元法在构件疲劳寿命评估和“损伤容限”设计领域的优越性和可靠性     

螺旋式煤炭采样装置螺旋钻杆疲劳强度分析

 研究了螺旋式煤炭采样装置原理,建立了采样装置结构模型。针对采样装置中的螺旋钻杆建立了有限元模型,并将模型在ANSYS中作了虚拟疲劳仿真分析,得到了该螺旋钻杆的预测疲劳寿命、寿命安全系数及危险部位等信息。从而可以快速判断该零件的受力、可靠性及疲劳寿命等情况, 为进一步对类似螺旋钻杆的设计和结构优化提供了相关的参考依据,并且对预测目前服役中螺旋钻杆的剩余寿命有着重要的作用。     

矿用行星轮系的接触疲劳仿真分析

对行星轮系接触疲劳的相关特性进行分析,建立了行星轮系的三维有限元模型,获取了定轴行星轮系的接触应力载荷谱和接触疲劳S-N曲线。利用ANSYS Workbench软件,以一组矿用行星轮系为实例进行接触疲劳仿真分析,得到了行星轮系的寿命和安全系数等相关参数。仿真结果表明:接触疲劳仿真分析为行星轮系的可靠性设计和结构优化提供了重要的保障。     

不同刨削深度MK型刨刀强度与疲劳寿命研究

为了研究不同刨削深度下MK97-002型刨刀的强度和寿命特征,提出了一种实体模型刨刀刨削煤层过程的仿真方法。采用柔性体材料建立刨刀实体模型,根据无网格光滑质点动力学SPH理论、等向硬化理论、关联流动法则,构建煤层的本构模型,通过对刨刀薄弱位置（刀体和硬质合金头连接处）3种刨削深度刨削过程的仿真,得出该位置的应力变化及其统计值;采用改进雨流法、线性Miner疲劳累积损伤模型对刨刀疲劳寿命进行预测。结果表明,刨刀的应力随刨削深度增加而增加;刨刀的强度接近许用值,其裕量很小;随刨削深度增加,刨刀的累积损伤增长,有效工作时间减少,疲劳寿命降低,刨刀损坏加剧;所得结论与实际情况相符。