采煤机截齿的设计特征论文.doc

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1、采煤机截齿的设计特征论文论文关键词：截齿模态分析有限元法动态设计论文摘要：采煤机截齿截割煤体时，截齿承受随时间而变化的动载荷。为了掌握采煤机截齿工作时应力、位移的分布情况，避免共振现象的发生，对它进行模态分析和动态设计具有重要意义。所述模态分析和动态设计的内容和步骤，可为采煤机截齿的设计提供理论依据。一、引言采煤机截齿是直接破碎煤体的刀具。它在工作中经常受到强烈的冲击和磨损，更换截齿的工作也很频繁，它消耗量的大小直接关系到采煤成本的高低，因此，设计出结构合理、选材正确的截齿具有重要意义。二、采煤机截齿的截煤原理和外载荷通过讨论

2、采煤机截齿的截煤原理，正确确定截齿所承受的外载荷，为截齿的动态设计及优化配置做好准备。综合截齿截煤过程可以看出，采煤机截齿在正常工作时的受力是相当复杂的，截齿的截煤过程是“密实核”的形成、发育、收缩、再发育、再收缩直到消失的过程。同时，截齿所承受的截割阻力、推进阻力和侧向力也随之变化，即截齿将承受随时间变化的动载荷。采煤机截齿外载荷的特性与截齿的几何参数有一定的关系。当截角较大时，刀具前面对煤体的力朝向煤体内部，煤因受到强烈的挤压而形成“密实核”，这时截割阻力较大，推荐值为55—65。；前角因与截角互为余角，所以前角的影响正好

3、与截角相反；当后角小于5。时，截割阻力和牵引阻力要显著增大，推荐值为6—12。5学海无涯截齿在滚筒圆周表面上的排列方式也直接影响着截齿外载荷的特性。为了减小外载荷的波动，提高机器运转的平稳性，截齿排列应遵守以下基本原则：端盘截齿应倾斜安装；端盘截齿所截出的截缝宽度不宜过大，以免增加截齿载荷，一般取80—120rlln3为宜；截齿应均匀地分布在滚筒的圆周上，使同时截入的截齿数基本保持不变，以保持采煤机工作的稳定性；截线距的大小是根据煤质硬度决定的，在中硬煤质里，截线距以40—60rlln3为宜，截线距过大，会造成单齿负荷增加，影

4、响采煤机的工作稳定性；在螺旋叶片上的截齿，一般按0。安装，既不倾斜于煤壁，也不倾斜于采空区，这样可以充分发挥截齿的截割作用，减少侧向力。三、模态分析在采煤机截齿动态设计应用中的方法以模态分析为基础的结构动态设计是近年来振动工程界开展的最广泛的研究领域之一。模态分析在采煤机截齿动态设计应用中的方法主要有以下几方面：(1)载荷识别由采煤机截齿的截煤原理知道，要想得到截齿所承受的外载荷的精确值，仅仅依靠理论计算的方法是比较困难的。可以利用载荷识别的方法达到此目的：首先测得系统的频响函数和模态参数，然后测得其在实际载荷作用下的响应，依

5、此识别对应响应的外载荷。(2)灵敏度分析当截齿的某阶固有频率比较接近工作频率时，需要修改结构物理参数，这就是灵敏度分析所要解决的问题。需要从如下几方面加以考虑：修改质量对模态频率和模态振型的影响最大，而且，对高阶模态的模态频率和振型的影响大于对低阶模态的影响；模态振型中变形较大的部位是敏感部位，修改振型中变形较大部位对模态频率和模态振型影响较大；修改刚度对低阶模态振型的影响大，刚度变化对各阶模态特征值影响相同；修改阻尼对高阶与低阶振型的影响程度相差不明显。(3)物理参数修改有限元法(FEM)模态分析和实验模态分析(EMA)是模

6、态分析的基本方法。前者比后者要方便得多，特别是在修改截齿结构时，能够快速、方便地预测修改后结构的各种动态特性。为了有效地利用FEM这一有力工具，可以使用EMA结果对截齿FEM模型进行修正，以得到准确的FEM模型。(4)物理参数识别物理参数识别是指仅从实验模态分析结果中识别物理参数，其实质是一个实验建模问题。(5)再分析5学海无涯再分析的目的是根据截齿物理参数的修改量估算修改后结构的模态参数，再分析与物理参数修改互为逆问题。如果是基于FEM模型的再分析，则只需要重新求解一遍特征值问题即可。如果是基于EMA模型的再分析，双模态空间

7、分析法是最基本、最通用的方法。(6)结构优化设计截齿结构修改量是以物理参数(质量、刚度、阻尼)表示的，而工程设计中最终需要的是以结构参数(尺寸、形状、材料特性等)表示的修改量。如何修改结构参数，使结构特性(包括静态和动态特性)达到最优，是结构优化设计要解决的问题。结构动态优化设计是以结构的固有频率和动力响应作为目标函数或约束条件，通过优化设计降低振动水平，保证结构性能，改善工作环境。四、模态分析在采煤机截齿动态设计应用中的内容和步骤(1)截齿结构初步设计按照设计任务要求，从截齿结构原理出发进行初步设计，绘制初步设计结构图。(2

8、)应用FEM对初步设计结果进行动态性能校核和修改。①建立截齿力学模型根据截齿安装方法的不同，截齿分为径向截齿(即刀形截齿)和切向截齿(即镐形截齿)。这里以径向截齿为例。径向截齿由刀头和刀柄两部分组成，其中刀头由前面、后面、侧面、主切削面和侧切削面组成。根据径向截齿的固定方法和