考虑磨损的采煤机行走轮动力学分析与可靠性研究

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行走轮是采煤机行走机构的关键构件,承担着驱动采煤机行走的重要任务,一旦发生故障,将导致整个采煤机停止工作。由于行走轮与销排为开式传动,工作条件比较恶劣且负载大,易发生齿面磨损,导致行走运转过程中的振动和冲击越来越严重,而且还会诱发行走轮的断齿失效。因此,需要对采煤机行走轮进行齿面磨损和动态特性分析,从而为减缓行走轮磨损、提高行走轮可靠性提供理论依据。本文以MG300/700-WD型采煤机行走轮为研究对象,对行走轮进行磨损退化中齿面磨损分析以及非线性动力学分析,并在此基础上考虑磨损与疲劳的影响,对行走轮进行了齿面接触强度渐变可靠性和齿根弯曲强度渐变可靠性分析。主要研究内容如下:(1)利用ANSYS软件,建立了行走轮销排啮合传动准静态有限元仿真模型,利用有限元法求解了行走轮的时变啮合刚度并与材料力学法进行了对比,随后研究了行走轮参数对其时变啮合刚度的影响。(2)考虑行走轮齿面磨损退化,建立了行走轮齿面磨损数值计算模型,在此基础上建立了磨损退化过程的行走轮时变侧隙模型,进一步研究了行走轮参数对磨损退化过程的影响;(3)建立了包含时变刚度、时变侧隙等非线性因素的行走轮销排啮合副单自由度动力学模型,获取了不同磨损周期时平稳工况下行走轮的动态响应和结构的动态啮合力与动态应力,进一步分析了行走轮参数对行走轮磨损退化中动态响应特性的影响;(4)考虑磨损与疲劳的影响,分别建立了行走轮齿面接触强度渐变可靠性模型和齿根弯曲强度渐变可靠性模型,然后基于改进一次二阶矩方法分析了行走轮的渐变可靠性及可靠性灵敏度。研究结果表明,行走轮在磨损退化过程中的动态响应存在冲击,且随着磨损周期而增加,会对行走轮的渐变可靠性产生较大影响。因此,在分析行走轮的渐变可靠性时,同时考虑磨损与疲劳的影响是很有必要的。
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