浅析全断面煤巷高效掘进机本体部校核设计

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1、浅析全断面煤巷高效掘进机本体部校核设计摘要：全断面煤巷高效掘进机本体部在整机中处于中心位置，其上承担着机体的各功能部件，下部与承重的行走装置铰接，工作情况下该部件的受力比较复杂；为保证工作的可靠性，设计过程中通过Creo，Ansys等软件对其进行有限元分析。关键词：本体部；有限元模型；载荷及约束中图分类号：TD421文献标识码：A日前，国内首台煤矿用全断面高效掘进机QMJ4260已在神东公司大柳塔煤矿投入使用，该机主要用于煤矿巷道掘进作业，截割标准断面成宽6m，高4.2m的矩形断面，掘进作业速度可迗到

2、15m/ho该机作为全断面一次成型的高效掘进设备，在设计过程中需要对许多部件进行严谨的校核分析，以满足煤矿井下复杂工作环境下的使用要求。本体部在整机中处于中心位置，其上承担着机体的各功能部件，下部与承重的行走装置铰接，工作情况下该部件的受力比较复杂；为保证工作的可靠性，设计过程中通过Creo,Ansys等软件对其进行了有限元分析。1边界条件分析掘进机在正常工作时，整机的重量由两条履带承担。本体部的受力主要是前方截割部通过连接面传过来的力，自身重力，其上的截割电机的重力。每个刀盘上受向后的推力55t，扭

3、矩660kN-m；上面滚筒受向后和向下的力各5.5t;下面滚筒受向后和向下的力各lit;截割部自重90t。本体部自身重力按材料密度，直接由分析软件自行计算，均匀的分布在本体结构材料上。截割电机重5.5t，作用于本体部中部。2有限元模型在Creo下设计的模型里面包含大量的焊接件，在建模过程中，焊缝处按连续结构处理。去掉了对计算结果影响不大的细小倒角，孔和槽均原样保留。为方便施加截割头上的载荷，在分析时对截割部的模型也加入了有限元分析模型。截割部不在所分析的内容之中，实体模型导入Ansys后对其进行了大量

4、简化。有限元模型的单元类型选择三维实体单元Solid185。该单元是三维实体分析中一种常用单元，有八个节点，可用于六面体网格划分，也可退化为五面体或四面本体部为组焊件，材料暂定为Q345,板厚有60mm和80mm两种根据设计手册，该材料的屈服强度为不小于275MPa，抗拉强度为470-630MPa。本体部整体采用六面体网格，对于应力较大的部位，采用四面体进行细化。截割部采用较粗的网格进行划分。用梁单元和杆单元模拟上下截割部，销轴和传动油缸。本体部与截割部之间，建立接触对。按照上述边界条件分析数据对有限

5、元模型添加载荷及约束后的有限元模型如图1所示。3有限元分析结果应力分布如图2所示，整体应力多在44MPa以下。按静强度校核，该结构是安全的。从总体应力云图上可以看出，还有两个位置应力较大：在本体部连接面与上部板材相交处，应力大约130MPa，以及与提升油缸销轴相接触的位置，应力大约lOOMPa。位移云图如图3所示，最大位移为0.8mmo结语通过分析，分析了本体部在各种载荷作用下的应力分布及位移。按照静强度理论校核，该结构是安全的。在分析结果中可以看出，在两个位置应力较大：(1)本体部与提升油缸销轴相接

6、触的销轴孔，应力可迗lOOMPa;(2)本体部连接面与上部板材相交处，应力可迗130MPa。针对这两处进行分析。在本体部与提升油缸销轴相接触的销轴孔处，该处在分析时采用了杆单元模拟销轴的传力。观察最后的分析结果(lOOMPa)，对比材料的屈服强度(275MPa),可知此处较为安全。且此处承受的为简单的压应力为主，不易产生疲劳破坏；本体部连接面与上部板材相交位置，由于截割部质量较大，此处受较大的拉应力，且此处为直角结构，容易导致应力集中，产生较大的应力值。参考文献[1]成大先，等.机械设计手册（第五版）

7、[M].北京：化学工业出版社，2007.[2]北京兆迪科技有限公司.Creo2.0高级应用教程（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2013.[3]薛风先，等.ANSYS12.0机械与结构有限元分析从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2010.