采煤机的谐响应探讨范文

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《煤矿机械杂志》2015年第十期

采煤机作为目前被广泛使用的采煤设备，其性能和可靠性对采煤效率及矿山安全有着直接的影响。采煤机在工作过程中，受到复杂煤层的交变冲击载荷作用，一旦振动过大，将影响正常工作与生产。本文通过ANSYSWorkbench软件对采煤机进行整机谐响应分析，以得到不同频率作用下采煤机整机的响应情况。

1采煤机截割反力计算

采煤机工作过程中，截割滚筒受到的阻力可以分解为沿滚筒截割方向的截割阻力、采煤机牵引速度方向的牵引阻力以及滚筒轴线方向的轴向力。

2采煤机整机谐响应分析过程

（1）Pro/E实体建模在Pro/E中建立采煤机三维模型。考虑到整机模型比较大及分析软件对网格质量要求等原因，本分析对模型的倒角、圆角、吊环等特征与结构进行了简化。简化后的模型如图1所示。（2）整机网格的划分将模型导入到ANSYSWorkbench中进行分析。单元类型选用默认的六面体实体单元Solid186，弹性模量取200GPa，泊松比取0.3。设置整体网格大小为30mm。划分网格后，节点数为509113，单元数为134291。如图2所示。（3）采煤机有限元模型的约束和加载将计算的载荷以集中力的形式施加在前后截割滚筒上。由于前滚筒顺时针旋转，后滚筒逆时针旋转，因此前后滚筒受到的轴向力方向相同，截割阻力与牵引阻力方向相反。截割电机、电控箱、行星组件等内部结构的重量均以质量点的形式施加在采煤机壳体上，对于质量较小的结构则忽略不计。由于采煤机是由支撑滑靴组件与导向滑靴组件分别支撑在底板、铲板与销轨上，因此在这些滑靴处施加位移约束。采煤机有限元模型的约束及加载如图3所示。（4）采煤机有限元模型的求解与结果分析当完成前处理后，对采煤机进行谐响应分析。在此之前，通过模态分析获得采煤机整机的前8阶固有频率，如表1所示。取截割反力的频率为0~50Hz，求解频率间隔为50/25=2Hz，求解方法选择模态叠加法。在后处理中查看前滚筒的幅-频响应曲线，得到响应结果如图4所示。由图4可知，在某些频率附近出现了位移峰值（48Hz左右），这是由于在这些频率附近，激振频率与结构固有频率相近，结构发生共振导致振幅过大而引起的。

根据滚筒转速及滚筒上截齿的分布，计算出采煤机负载频率为6Hz。由图4可知，在0~6Hz，滚筒的水平位移响应＜0.03mm，竖直位移响应在＜1mm，横向位移响应＜0.2mm。在后处理中查看采煤机在激振频率为6Hz时的应力与变形，如图5、图6所示。由图5可知，最大应力值为144MPa，出现在与油缸连接的耳孔处。该处的材料为ZG25Mn2-Ⅱ，屈服极限为300MPa，则安全系数。由图6可知，最大位移值为1.13mm，出现在两侧的滚筒前沿，滚筒在耳孔处与机身连接，位移量从耳孔处到滚筒端逐渐增大，符合悬臂梁形变的一般规律。

3结语

通过对采煤机进行谐响应分析，获得在正弦载荷激励的作用下，关注点位置在每一个自由度方向的幅－频响应情况。在载荷频率为6Hz时，关注点的位移响应均很小，确保了结构在负载频率激励的作用下，仍能够保证强度、刚度与稳定性要求。

作者：臧彤 何兴斗 单位：三一重型装备有限公司