采煤机行走机构力学特性及滑靴磨损问题研究

摘要

采煤机行走部是采煤机关键部件，直接影响着采煤机的开采效率和整机可靠性，由于其结构复杂、工作载荷复杂多变，实际工况下常发生行走部导向滑靴、平滑靴和销排的疲劳断裂或磨损失效等事故，针对以上问题，以中煤装备集团张家口煤矿装备有限责任公司“国家能源煤矿采掘机械装备研发实验中心”大型采煤机力学检测分析实验平台为实验基础，展开下列研究:
　　采用变形协调原理描述了采煤机行走部与刮板机间的力学关系，再以此为基础，建立了采煤机整机静力学方程，并将滚筒载荷做为输入，对行走部与刮板机间的相互作用载荷进行了求解，再通过实验对其进行了验证，揭示采煤机与刮板机间的静力学机理。
　　采用干摩擦理论建立采煤机平滑靴与刮板机铲煤板间的接触动力学模型，采用含间隙齿轮非线性啮合动力学模型建立驱动齿轮与销排间的非线性驱动模型，采用间隙动力学理论建立导向滑靴与销排间的接触碰撞动力学模型，综合上述模型，分别建立采煤机在行走方向和竖直方向的动力学模型，并通过数值分析方法对模型进行求解，再通过实验对计算结果进行验证，揭示采煤机行走部与刮板输送机间的接触动力学耦合机理;并以此为载荷边界条件对行走部关键零件的寿命进行分析和预测。
　　利用国家能源中心“国家能源煤矿采掘机械装备研发实验中心”的1∶1模拟综采工作面的成套装备力学性能综合测试实验台进行相关实验研究，根据安装在采煤机截割部、行走部传动系统及平滑靴、导向滑靴上的销轴传感器测试采煤机的动力学特性，验证采煤机与刮板输送机间的动力学传递模型，并获得平滑靴与导向滑靴工作时的载荷谱，分析平滑靴与导向滑靴的载荷特征数据，为摩擦磨损实验提供充分可靠的实验材料与理论依据。
　　研究了低速重载情况下采煤机行走机构滑靴与销排接触面的磨损失效形式。采用实验方法，研究导向滑靴与销排材料在实验情况下磨损量随压力变化的规律，获得两材料无量纲的磨损率计算公式;通过分析磨损量数据及观测磨损表面形貌，揭示两材料的磨损失效机理。结果表明:两材料在所测载荷下均处于正常磨损形式，所得的磨损率计算公式可以进行零部件的磨损寿命预测。
　　建立以接触压力为变量的材料磨损量的仿真计算模型，研究实际工况下滑靴与销排对磨的磨损失效规律，建立材料的寿命可靠度预测模型。以MG500/1180-WD型采掘面采煤机设备为算例，开展滑靴与销排实际工况下的磨损寿命预测研究，基于等寿命原则提出提高对磨部件整体寿命的改进方案，成功提高设备使用寿命和可靠度。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 工程背景

1．2 目的和意义

1．3 国内外研究现状及发展趋势

1．3．1 采煤机行走机构力学特性研究现状及发展趋势

1．3．2 摩擦磨损理论及滑靴销排磨损问题研究现状及发展趋势

1．4 本文研究内容

1．5 研究的技术路线

2 采煤机行走机构载荷影响因素分析

2．1 整机静力学模型建立

2．2 滚筒载荷计算

2．3 行走机构载荷曲线

2．4 本章小结

3 采煤机行走机构动载荷特性研究

3．1 采煤机整机与刮板机在行走方向的动载荷模型

3．1．1 模型建立

3．1．2 采煤机行走截割过程中激励的描述

3．1．3 模型求解

3．2 采煤机行走方向动力学模型的仿真结果分析

3．3 竖直方向的动力学特性研究

3．4 竖直方向动力学模型求解与分析

3．5 导向滑靴与销排问的接触碰撞动力学特性

3．5．1 碰撞判别条件

3．5．2 数值模拟分析

3．6 采煤机行走机构关键零件接触应力应变仿真分析

3．6．1 销排接触应力应变仿真分析

3．6．2 导向滑靴接触应力应变仿真分析

3．6．3 销排疲劳寿命分析

3．6．4 平滑靴接触应力应变仿真分析

3．6．5 驱动轮与销排接触应力分析

3．7 本章小结

4 采煤机行走机构力学特性实验测试与分析

4．1 实验目的

4．2 实验方案及过程

4．2．1 实验设备及条件

4．2．2 传感器设计、安装与连接

4．2．3 测试数据无线传输

4．3 实验结果处理和分析

4．4 本章小结

5 采煤机行走机构关键部件磨损特性研究

5．1 滑靴与销排磨损的实验研究方法

5．1．1 试样制备

5．1．2 试样表面硬度测试

5．1．3 试样磨损试验设计

5．1．4 试样磨损量的测试结果

5．2 导向滑靴与销排对磨的磨损率计算

5．3 平滑靴与铲煤板对磨的磨损率

5．4 不同工况下磨损问题对比研究

5．5 磨损表面形貌观测

5．5．1 磨损前后形貌对比及磨损表面特征研究

5．5．2 试样的磨损机理分析

5．6 本章小结

6 采煤机行走机构关键部件磨损仿真预测

6．1 磨损仿真的目的和意义

6．2 磨损计算整体模型

6．3 对磨部件的接触面工况参数

6．4 磨损可靠性计算模型及寿命预测

6．4．1 载荷的分布规律描述

6．4．2 寿命预测的模糊可靠度

6．4．3 蒙特卡洛法计算磨损寿命及概率过程

6．4．4 耐磨寿命预测算例

6．5 基于等寿命的部件耐磨性改进方案

6．6 本章小结

结论

参考文献

作者简历

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