采煤機的諧響應探討范文

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《煤礦機械雜志》2015年第十期

采煤機作為目前被廣泛使用的采煤設備，其性能和可靠性對采煤效率及礦山安全有著直接的影響。采煤機在工作過程中，受到復雜煤層的交變沖擊載荷作用，一旦振動過大，將影響正常工作與生產。本文通過ANSYSWorkbench軟件對采煤機進行整機諧響應分析，以得到不同頻率作用下采煤機整機的響應情況。

1采煤機截割反力計算

采煤機工作過程中，截割滾筒受到的阻力可以分解為沿滾筒截割方向的截割阻力、采煤機牽引速度方向的牽引阻力以及滾筒軸線方向的軸向力。

2采煤機整機諧響應分析過程

（1）Pro/E實體建模在Pro/E中建立采煤機三維模型。考慮到整機模型比較大及分析軟件對網格質量要求等原因，本分析對模型的倒角、圓角、吊環等特征與結構進行了簡化。簡化后的模型如圖1所示。（2）整機網格的劃分將模型導入到ANSYSWorkbench中進行分析。單元類型選用默認的六面體實體單元Solid186，彈性模量取200GPa，泊松比取0.3。設置整體網格大小為30mm。劃分網格后，節點數為509113，單元數為134291。如圖2所示。（3）采煤機有限元模型的約束和加載將計算的載荷以集中力的形式施加在前后截割滾筒上。由于前滾筒順時針旋轉，后滾筒逆時針旋轉，因此前后滾筒受到的軸向力方向相同，截割阻力與牽引阻力方向相反。截割電機、電控箱、行星組件等內部結構的重量均以質量點的形式施加在采煤機殼體上，對于質量較小的結構則忽略不計。由于采煤機是由支撐滑靴組件與導向滑靴組件分別支撐在底板、鏟板與銷軌上，因此在這些滑靴處施加位移約束。采煤機有限元模型的約束及加載如圖3所示。（4）采煤機有限元模型的求解與結果分析當完成前處理后，對采煤機進行諧響應分析。在此之前，通過模態分析獲得采煤機整機的前8階固有頻率，如表1所示。取截割反力的頻率為0~50Hz，求解頻率間隔為50/25=2Hz，求解方法選擇模態疊加法。在后處理中查看前滾筒的幅-頻響應曲線，得到響應結果如圖4所示。由圖4可知，在某些頻率附近出現了位移峰值（48Hz左右），這是由于在這些頻率附近，激振頻率與結構固有頻率相近，結構發生共振導致振幅過大而引起的。

根據滾筒轉速及滾筒上截齒的分布，計算出采煤機負載頻率為6Hz。由圖4可知，在0~6Hz，滾筒的水平位移響應＜0.03mm，豎直位移響應在＜1mm，橫向位移響應＜0.2mm。在后處理中查看采煤機在激振頻率為6Hz時的應力與變形，如圖5、圖6所示。由圖5可知，最大應力值為144MPa，出現在與油缸連接的耳孔處。該處的材料為ZG25Mn2-Ⅱ，屈服極限為300MPa，則安全系數。由圖6可知，最大位移值為1.13mm，出現在兩側的滾筒前沿，滾筒在耳孔處與機身連接，位移量從耳孔處到滾筒端逐漸增大，符合懸臂梁形變的一般規律。

3結語

通過對采煤機進行諧響應分析，獲得在正弦載荷激勵的作用下，關注點位置在每一個自由度方向的幅－頻響應情況。在載荷頻率為6Hz時，關注點的位移響應均很小，確保了結構在負載頻率激勵的作用下，仍能夠保證強度、剛度與穩定性要求。

作者：臧彤 何興斗 單位：三一重型裝備有限公司