刨煤机多体动力学分析及疲劳寿命预测

摘要

我国薄煤层煤炭资源丰富，随着煤炭资源的日益减少，薄煤层工作面的开采已成为提高煤炭生产产量的一个方向，而刨煤机作为开采薄煤层煤炭的重要设备，也逐渐被煤机生产单位所重视，纷纷加大对刨煤机的研究工作，但由于国内对刨煤机的研究起步较晚，特别对刨煤机整机的力学性能研究的相对较少，导致刨煤机的可靠性和寿命相对较弱，针对上述问题，本文主要完成以下工作:
　　首先采用单自由度振动理论，忽略刨头前、后的链条质量等因素的影响，将刨头视为集中质量块，建立了含有刨煤机前、后驱动链轮多边形效应的单自由度动力学模型;再以单自由度模型为基础，综合考虑刨链的质量、刨链的预紧力及前后驱动系统振动等诸多因素，建立了刨煤机多自由度动力学模型。以刨煤机工况下的载荷为负载激励，采用龙格库塔法对刨煤机整机动力学模型进行求解，得到了刨链张力及刨头振动的时间历程曲线，并对提取了刨链张力及刨头振动的时域特征值;采用对比方法，得到了工况下刨头前、后侧链条张力的变化特性，并分析了不同预紧力和不同刨削深度对刨链张力的影响。采用有限元仿真技术，建立了刨链的静力学模型，研究了最大工作载荷下，刨链的应力、应变分布状态;利用ANSYS workbench有限元软件对刨链进行模态分析，研究其固有频率，得到十阶固有频率及其振型。同时对刨煤机链轮在随机载荷作用下的疲劳损伤进行了分析与研究，得到了刨煤机链轮槽处的最大应力值为1×106 Pa。最后运用雨流计数法与Miner疲劳累计损伤理论相结合的方法对刨煤机进行寿命预测。得到了刨煤机在特定的工作环境下的寿命时间。所得结论为改进和设计刨煤机提供了理论基础，为刨煤机在不同的工况下动态特性提供理论依据。

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致谢

摘要

1 引言

1．1 刨煤机在国内外的应用与发展概况

1．2 刨煤机研究的发展趋势

1．3 论文选题的意义

1．4 本论文主要研究的内容

2．刨煤机动力学模型的建立

2．1 刨煤机的生产特点及工作工艺流程

2．2 刨煤机单自由度动力学模型的建立

2．3 刨煤机刨头牵引力的计算

2．4 刨链的多边形效应

2．5 链轮轴的振动与强度计算

2．6 刨煤机刨链的预紧力

2．7 异步电动机驱动系统模型

2．8 刨煤机整体的多体动力学模型的建立

2．9 本章小结

3．刨煤机动力学方程数值仿真

3．1 刨煤机仿真参数的确定

3．2 不同预紧力对刨链的动力学特性的影响

3．3 不同刨煤深度对刨链的动力学特性的影响

3．4 本章小结

4．链轮以及刨链的有限元分析

4．1 链轮的静力学分析

4．2 刨链间的接触有限元分析

4．3 本章小结

5．刨链的疲劳寿命预测

5．1 刨链的S-N曲线

5．2 雨流计数法简介

5．3 疲劳累积损伤理论

5．4 刨链的疲劳寿命分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

作者简历

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