MG 400/951型采煤机截割部行星架时变可靠性分析

截割部行星架作为采煤机的关键零件,其时变可靠性对采煤机的综合性能有着重要的影响。基于Pro/E建立以截割部行星架为模态中性文件的采煤机刚柔耦合模型,研究截割部行星架的动力学性能,获得了截割部行星架薄弱区域和动态应力。基于Matlab获得了截割部行星架薄弱区域三参数威布尔分布的概率密度函数,利用Kstest函数验证其拟合的合理性。依据疲劳寿命可靠性理论,建立了截割部行星架疲劳寿命可靠性模型,计算得到基于Copula函数的截割部行星架多薄弱区域时变可靠度由0.936 2呈指数退化趋势,直至截割部行星架失效,结合可靠性灵敏度设计理论分析了截割部行星架多薄弱区域设计变量对其时变可靠性的影响程度,为截割部行星架的研究提供了理论基础和准确的数据支撑。     

采煤机扭矩轴可靠性分析与优化设计

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。     

滚筒截齿对采煤机截割部工作可靠性的影响研究

运用MATLAB软件编制了含硫化铁结核工况下的采煤机滚筒瞬时负载变化规律生成程序,并模拟采煤机滚筒缺齿时的瞬时负载情况,发现缺齿时滚筒受力增大22.37%,载荷波动系数平均增大21.63%。利用ADAMS、ANSYS软件建立采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机系统,将得到的两套滚筒瞬时负载文本文件分别导入到虚拟样机系统中进行仿真,分析出滚筒缺齿对采煤机截割部影响巨大,甚至导致截割部行星传动系统的强度、动态刚度不足,进而影响采煤机使用寿命。     

随机载荷下截割部输出轴可靠性分析

以"MG2×100/455-BWD"新型薄煤层采煤机截割部为工程对象,深入分析输出轴的载荷情况,以应力—强度分布的可靠性干涉理论为基础,考虑载荷作用次数,建立各关键零件故障模式下的动态可靠性模型,计算其可靠度并进行分析。以Matlab编译采煤机载荷样本、Pro/E实体建模、Ansys生成关键零件柔性体,通过专用接口Mechanism/Pro导入Adams建立采煤机截割部的刚柔耦合模型并对其进行动力学仿真,得到不同工况下关键零件的应力信息,以工况参数为神经网络训练样本,将神经网络和虚拟样机技术结合对其他工况下的应力进行预测,减少了虚拟样机的仿真时间和工作量,提高了其动态可靠性,同时为采煤机输出轴设计提供可靠的参数依据。     

新型薄煤层采煤机行星架的可靠性分析

研究通过Pro/E、ANSYS、ADAMS软件建立新型薄煤层采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,再利用协同仿真技术对关键零部件行星架在五种工况下的可靠性进行仿真分析。研究结果表明,行星架结构满足新型薄煤层采煤机可靠性设计要求。本次研究的分析方法为采煤机及其他零部件可靠性分析提供理论依据。     

新型采煤机截割部行星轮系强度分析

以新型薄煤层采煤机截割部行星轮系为研究对象,依据多体动力学理论,建立了采煤机截割部的刚柔耦合模型,并对其进行动态仿真分析,得到了行星轮系各零件的应力和变形情况。对系统中的薄弱零件太阳轮和行星架进行了结构改进,改进后太阳轮齿面最大啮合应力减小了423.26 MPa;行星架的应力集中现象基本消除,疲劳寿命明显提高至次8.302 2×107。该研究方法可用于大型机械行星轮系的结构设计及优化,有助于及早发现系统中的薄弱环节,降低研发和制造成本。     

基于神经网络的采煤机截割部可靠性研究

滚筒是采煤机截煤时的主要工作机构,其结构参数及运动参数会直接影响采煤机的工作效率及工作可靠性。基于虚拟样机技术建立了采煤机刚柔耦合模型,通过动力学仿真获得采煤机关键零件等效应力值;仿真不同滚筒转速、牵引速度、滚筒螺旋升角及截线距下截割部摇臂壳体及行星架的等效应力值,获得了滚筒结构、运动参数对采煤机截割部关键零件可靠性的影响趋势;结合神经网络技术,以不同滚筒结构、运动参数下采煤机关键零件的等效应力值作为神经网络训练样本,对螺旋升角优化设计,获得在关键零件应力值最小时的滚筒螺旋升角。该研究为滚筒结构、运动参数的选取提供更为准确的理论依据,具有一定的工程应用价值。     

新型薄煤层采煤机截割部建模与仿真研究

基于Pro/E、MATLAB、ANSYS、ADAMS和NSOFT软件构造的协同仿真平台,建立了某煤机公司开发的新型薄煤层采煤机截割部刚柔耦合模型并进行动力学仿真,得到采煤机截割部关键零件的应力应变情况,发现壳体和行星架局部出现较大的动应力,结构优化后其应力分布较为均匀,力学性能得到明显的改善;利用NSOFT对截割部输出轴进行疲劳寿命分析,找到其易发生疲劳损坏的薄弱环节。分析结果为采煤机性能改进和结构优化提供了量化依据,缩短了设计周期,具有较高的实用价值。     

含硫化铁结核的薄煤层采煤机行星架可靠性研究

文章以某煤机公司设计的含硫化铁结核的薄煤层采煤机摇臂减速系统的行星架为研究对象,阐述了一种对承受复杂的未知载荷的柔性件进行可靠性研究的新方法,得出了行星架在采煤机滚筒截齿遇到硬结核时刻的受力及变形情况,并详细阐述了仿真过程中应注意的问题和相应问题的解决方案,为改进设计提供了重要的参考信息,并对柔性件（行星架等）进行了优化;为刚柔耦合系统中未知载荷构件的研究提供了一条有效途径,使复杂煤层赋存条件下的薄煤层采煤机的设计及应用成为可能。     

复杂煤层赋存条件下薄煤层采煤机可靠性分析

以刚柔耦合多体系统动力学理论为基础,建立了采煤机截割部刚柔耦合模型,研究了内齿圈在啮合过程中的动力学行为;根据采煤机在复杂煤层赋存条件工作时滚筒受力情况,基于Matlab编程模拟出滚筒的载荷文件。通过Recur Dyn多体动力学软件进行仿真分析,得到采煤机内齿圈的应力分布及其与行星轮的接触力和接触力矩,与理论值进行比较验证了其正确性;通过疲劳寿命计算,得到了内齿圈齿面的最小疲劳循环次数,对内齿圈疲劳寿命的薄弱区域提出改进方法,延长其使用寿命。在产品设计时对其可靠性进行分析,降低了研发成本,为研究采煤机设备在大范围刚性运动与柔性构件小变形运动时的应力和疲劳寿命情况提供了新的方法。     

极端工况下采煤机行星减速机构动态仿真分析

为研究复杂煤层赋存条件下采煤机截割部行星减速机构的动态特性,建立了采煤机刚-柔耦合动态模型。对极端工况下的采煤机滚筒外负载进行了分析及动态模拟,在动态仿真分析软件Recur Dyn中进行了加载与虚拟仿真。对截割部行星减速机构中的内齿圈进行了受力分析,找到了最大等效应力位置并根据其受力情况进行了结构优化。对齿轮修形后的行星减速机构再次进行仿真,发现最大等效应力小于材料许用应力,并且齿面疲劳寿命得到了较大地提高,保证了采煤机可靠工作,为齿轮动力学研究提供了重要参考。     

薄煤层采煤机行星机构强度分析

基于刚柔耦合多体系统动力学和疲劳累积损伤理论,通过多软件构造协同仿真平台建立了以行星机构为柔性件的薄煤层采煤机多体模型。通过对模型进行动力学仿真分析发现:截割部行星架主要发生弯曲变形和扭转变形,主应力值均在其材料的许用应力范围之内,强度方面满足要求,可靠性较高;牵引部行星架输出端花键根部与退刀槽连接处受力较大,存在局部应力集中现象。对动力学仿真结果中行星机构关键节点的原始载荷谱进行雨流计数和外推处理后,分析其疲劳寿命,得到了疲劳寿命循环次数和疲劳寿命云图。分析结果为研究复杂条件下结构的动应力分布和疲劳寿命提供了新的方法。     

基于VP与BP神经网络的采煤机摇臂壳体可靠性分析

为了提高采煤机的动态可靠性和工作效率,建立了SL1000型采煤机摇臂的刚柔耦合模型,通过动力学仿真得到了摇臂壳体应力、可靠性信息;基于BP神经网络,预测了其他工况下摇臂壳体的可靠度,分析了其与煤层坚固性系数、牵引速度及滚筒截深的关系,并优化了采煤机的牵引速度;将虚拟样机技术与BP神经网络相结合,为采煤机工作可靠性的预测提供了一种全新的理念和便捷的方法,具有重要的理论意义及较强的工程应用价值。     

新型薄煤层采煤机装煤量与可靠性研究

为提高薄煤层采煤机的装煤量,建立了螺旋滚筒装煤量的数学模型。研究发现采煤机装煤量随叶片螺旋升角的增大呈先增后减的变化规律,并获得了最大装煤量时的螺旋升角;建立了采煤机截割部虚拟样机模型,基于实际工况加载仿真后发现,摇臂壳体和行星架的强度均显不足,根据仿真结果分别对其结构进行优化,优化后力学性能明显提高;摇臂壳体及行星架的可靠性随采煤机牵引速度的增大而降低,而叶片螺旋升角的变化对其可靠性的影响很小,可以忽略。综合以上考虑,在原设计基础上增大叶片螺旋升角、增加挡煤板,使采煤机装煤量提高了53%。     

掘进机回转台螺栓组多目标优化设计

为提高掘进机的动态可靠性,建立其刚柔耦合虚拟样机模型,基于破岩理论,结合实际工况,利用项目组开发的"纵轴式掘进机截割头辅助设计及载荷计算软件"获得了掘进机的载荷文件,通过ADAMS仿真得到了回转台的应力云图,基于可靠性理论构造了疲劳寿命-可靠度隶属函数,利用NSOFT软件对回转台进行疲劳寿命可靠性分析。以螺栓组的可靠度作为训练样本,利用粒子群算法(PSO)对回转台进行优化设计,得到了最优的回转台螺栓组参数。结果表明,优化后的回转台最大应力值降低了31.669%,最小疲劳寿命由1.706×10~3提高至2.487 4×10~6次,满足设计要求。     

采煤机截割部动力学特性及可靠性研究

以煤岩截割理论为依据,模拟了截割过程中滚筒的负载特性;以多柔体动力学为理论依据,建立了截割部的刚柔耦合模型,通过Adams对调高过程进行模拟,得到各铰耳处的负载响应情况;并利用Workbench得到了调高过程中铰耳受力最大时摇臂的应力分布情况;以线性累积损伤法则为理论依据,利用Workbanch对摇臂的疲劳寿命进行估算,验证了可靠性分析及负载响应分析的结果。为研究采煤机截割部的动力学特性及可靠性提供了新的方法。     

采煤机截割部振动特性分析

采煤机在工程过程中承受着复杂的载荷冲击,这会使得采煤机截割部出现复杂的振动现象,这种复杂的振动现象一方面会增加螺旋滚筒、摇臂壳体和齿轮传动机构等部件的工作负担,另一方面也会对采煤机的截割性能造成影响。为研究采煤机截割部的工作稳定性,采用集中参数建模法建立采煤机的竖直方向和水平方向振动数学方程,并利用Matlab对其进行求解,得到截割部外载荷作用下,处在不同工作角度时的时域和频域振动特性规律,然后利用刚柔耦合混合建模的方法,建立截割部的三维模型,利用Adams和Ansys联合对截割部的负载进行了动力学仿真分析,得到采煤机截割部动态响应。为研究采煤机截割部的动力学特性提供了新的方法,分析结果为改进采煤机截割部设计、提高其工作稳定性提供了依据。     

薄煤层采煤机截割部动态特性仿真研究

为研究某薄煤层采煤机截割部截割煤岩时的动态特性,建立了该型采煤机截割部的刚柔耦合模型,根据采煤机主要技术参数及其工作机构截齿排列方式,基于实际工况计算出截割韧性煤时采煤机截齿受到的瞬时冲击载荷,并将其作为外部激励施给模型进行仿真。通过仿真得到截割部的动态响应,发现了采煤机截割部设计上存在的问题:如滚筒在垂直方向上振动较为剧烈,摇臂壳体伸出端颈部动应力较大等;识别出系统的主要模态参数以及容易被激发的振型,发现滚筒及壳体模态动能较大。根据仿真结果对壳体进行了局部结构改进,改进后壳体的力学性能得到显著改善,提高了壳体工作的可靠性。     

基于载荷重构理论下采煤机截割部行星架疲劳寿命分析

为研究采煤机截割部行星架在实际工况下的疲劳寿命情况,通过截割实验得到单个截齿三向力载荷,构建截齿三向力载荷重构函数,采用SOR法对重构函数进行求解,依据滚筒结构参数推演出截割部行星架的负载扭矩。运用Ansys workbench瞬态动力学对采煤机行星架进行动力学分析,并将得到的负载扭矩以时间序列的形式施加在行星架上,并将结果文件导入ncode中进行截割部行星架寿命预测,仿真结果表明:输出轴与侧壁板连接处寿命较小,说明此处几何尺寸变化较大,且存在应力集中现象,应作适当的打磨处理。     

薄煤层采煤机摇臂壳体的瞬态动力学分析

以某煤机公司设计的含硫化铁矿结核体的薄煤层采煤机摇臂壳体为研究对象,基于Pro／ENGINEER建立了采煤机截割部的三维实体模型,并应用有限元分析软件ANSYS与多体动力学仿真软件ADAMS之间的双向接口,实现了考虑柔性体对机械系统动力学行为的影响;基于MATLAB软件生成了螺旋滚筒的瞬时负载文件,并将其导入ADAMS环境下的采煤机截割部刚柔耦合虚拟样机系统中,解决了含硫化铁矿结核体薄煤层采煤机截割部的输入实现问题;利用ADAMS的载荷文件对摇臂壳体进行了瞬态动力学分析并得到了基于精确动力学仿真结果的应力应变结果,发现了采煤机摇壳体设计上存在的问题,并对薄弱环节进行了优化,提高了产品质量,研究成果具有重要的理论意义和实用价值。