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我國(guó)的煤炭的總儲(chǔ)量豐富，并且煤炭的存在條件復(fù)雜多樣，其中可以開(kāi)采的薄煤層煤炭?jī)?chǔ)量約占全國(guó)煤炭總儲(chǔ)量的20%左右，為60多億。截割部作為采煤機(jī)重要的組成部分，采煤機(jī)滾筒受到的力直接作用在截割部殼體上，因此對(duì)其進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高其可靠性是非常必要的，多年來(lái)眾多學(xué)者在有限元分析方面進(jìn)行了大量的研究。
本研究對(duì)某型號(hào)側(cè)臂傳動(dòng)式薄煤層采煤機(jī)截割部進(jìn)行受力分析，通過(guò)Pro/E軟件建立其三維實(shí)體模型，利用ANSYS Workbench軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，同時(shí)對(duì)截割部殼體進(jìn)行了模態(tài)分析，為薄煤層采煤機(jī)截割部的設(shè)計(jì)、改進(jìn)提供參考。
采煤機(jī)截割部殼體受到的載荷主要來(lái)自于滾筒的受力，采煤機(jī)滾筒受到牽引阻力F，截割阻力F和軸向力F的作用，截割部受力簡(jiǎn)圖如圖所示。
在對(duì)截割部受力計(jì)算時(shí)，首先假設(shè)截割部電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞的功率被滾筒全部消耗，且將作用在截齒齒尖上的阻力分解為垂直于牽引速度方向的截割阻力以及與牽引速度方向相反的牽引阻力。
所研究的薄煤層采煤機(jī)的相關(guān)性能參數(shù)為：截割功率N=2x100 kW，滾筒轉(zhuǎn)速n=63.12 r/min，滾筒直徑D=1 m，截割部上擺角a=14.53°，截割部下擺角a=6.85°，螺旋滾筒端盤(pán)截齒的截割寬度L=0.17 m，螺旋滾筒的有效截深Lz=0.7 m。
建立實(shí)體模型時(shí)要盡量與實(shí)物接近。在此基礎(chǔ)上，要考慮實(shí)體模型結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性對(duì)ANSYS Workbench計(jì)算過(guò)程的影響，本研究過(guò)程中采用Pro/E創(chuàng)建截割部殼體的三維實(shí)體模型，在對(duì)殼體的實(shí)體建模過(guò)程中，考慮有限元分析軟件分析時(shí)的計(jì)算速度，忽略了部分不重要的倒角、凸臺(tái)以及螺紋孔等。截割部殼體模型如圖所示。
采煤機(jī)截割部殼體整體鑄造而成，材料為ZG35Mn，材料密度為7650 kg/m3，彈性模量為2.06xe5 MPa，泊松比為0.3。
因?yàn)榉治龅恼麄�(gè)模型比較大，為了提高計(jì)算效率，設(shè)定的網(wǎng)格尺寸比較大，同時(shí)對(duì)模型的關(guān)鍵部位進(jìn)行網(wǎng)格加密控制，使得網(wǎng)格劃分變得合理，用來(lái)調(diào)整分析計(jì)算準(zhǔn)確度同節(jié)點(diǎn)與單元數(shù)量的關(guān)系，減少分析計(jì)算所需的時(shí)間。網(wǎng)格劃分的結(jié)果如圖所不。經(jīng)過(guò)多次試算后，最終的實(shí)體模型劃分網(wǎng)格得到的單元總數(shù)為248386，節(jié)點(diǎn)總數(shù)419229。
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