多种工况下的刮板输送机链传动系统可靠性研究

摘要

刮板输送机链传动系统是刮板输送机的核心子系统。在运行的过程中，圆环链与链轮要承受较大的静载和动载，而且经常处于冲击和循环负载作用的环境下，它们各自的性能及它们之间的相互作用特性直接影响了刮板输送机的整机性能。因此，链传动系统的稳定性及可靠性将直接影响整机的工作效率和输送能力。随着我国采煤设备制造技术的不断进步与发展，刮板输送机驱动功率、输送能力越来越大，对链传动系统的可靠性要求也越来越高。本学位论文以多种工况影响下的刮板输送机链传动系统的可靠性为对象开展研究，目的在于提高刮板输送机的综合性能，为链传动系统关键部件的结构设计和优化提供手段，为链传动系统的安全运行和经济效益的提高提供了一定的的理论依据，具有广泛的工程应用背景和一定的学术研究价值。
　　本学位论文建立了刮板输送机链传动系统关键部件（焊接环、锻造环、V锁式接链环、刮板和链轮）的虚拟样机简化模型，以达到降低仿真成本的目的。采用有限元的方法对关键部件进行了力学特性和疲劳损伤的分析。仿真结果表明:链传动系统的关键部件均具有良好的力学性能和抗冲击性能，疲劳失效是关键部件的主要失效形式;不考虑焊接缺陷的焊接环其抗疲劳性能优于锻造环;V锁式接链环在循环载荷作用下同时存在着低周期疲劳和高周期疲劳;满载启动工况对刮板造成的损伤约为空载启动工况的1956倍;满载启动工况对链轮造成的损伤最大。基于刮板链的失效时间威布尔分布函数，构建了刮板输送机链传动系统的可靠性数学模型。利用MATLAB编程对链传动系统进行仿真分析，分析探讨了刮板链在运输不同物料时的圆环链年龄分布和链传动系统可靠度的动态变化规律。同时，综合考虑了刮板链系统的安全性和经济性，对运输不同物料时的最佳维护周期进行选取。通过仿真分析得出运输矸石时，系统最佳维护周期为0.5个月;运输中煤时，系统最佳维护周期为1.5个月;运输原煤时，系统最佳维护周期为2.5个月;运输精煤时，系统最佳维护周期为5个月。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文的研究背景

1．2 链传动系统的组成

1．3 链传动系统存在的问题

1．4 链传动系统的国内外研究现状

1．4．1 圆环链的研究现状

1．4．2 接连环的研究现状

1．4．3 链轮和刮板的研究现状

1．4．4 链传动系统可靠性的研究现状

1．5 论文的研究内容和意义

1．5．1 论文的主要研究内容

1．5．2 论文的技术路线

1．5．3 论文的研究意义

2 链传动系统可靠性研究的相关软件及理论基础

2．1 软件概述

2．2 理论基础

2．2．1 疲劳分析理论

2．2．2 线性累积损伤理论

2．2．3 雨流计数法

2．2．4 串联系统可靠性模型

2．3 本章小结

3 链环的力学特性及疲劳损伤

3．1 焊接环和锻造环的力学特性及疲劳损伤

3．1．1 焊接环和锻造环有限元模型的建立

3．1．2 静载下的焊接环和锻造环的力学性能

3．1．3 冲击载荷下焊接环和锻造环的力学性能

3．1．4 循环载荷下焊接环和锻造环的力学性能及疲劳损伤

3．2 V型锁式接链环的力学特性及疲劳损伤

3．2．1 接链环有限元模型的建立

3．2．2 V型锁式接链环S-N曲线的估算

3．2．3 循环载荷下接链环力学特性及疲劳损伤

3．2．4 冲击载荷下接链环力学特性

3．3 本章小结

4 刮板的动力学特性及启动冲击损伤

4．1 刮板系统有限元模型的建立

4．1．1 刮板系统模型的简化及网格划分

4．1．2 材料及接触模型的建立

4．1．3 满载／空载工况下边界条件的施加

4．2 刮板平稳运行时的力学特性

4．2．1 空载平稳运行下的刮板力学特性

4．2．2 满载平稳运行下的刮板力学特性

4．2．3 不同链速下的刮板力学特性

4．3 刮板启动冲击时的力学特性

4．3．1 空载启动冲击下的刮板力学特性

4．3．2 满载启动冲击下的刮板力学特性

4．4 刮板的启动冲击损伤

4．4．1 载荷谱的雨流计数和外推

4．4．2 启动冲击损伤分析

4．5 本章小结

5 链轮力学特性及疲劳寿命预测

5．1 链传动系统动力学模型的建立

5．1．1 链传动系统虚拟样机模型的建立

5．1．2 接触模型的建立

5．1．3 材料模型的建立

5．2 各种工况下边界条件施加及仿真

5．2．1 仿真参数

5．2．2 满载启／制动及平稳运行工况的边界条件

5．2．3 卡链工况的边界条件

5．2．4 不同工况下的链轮力学特性

5．3 链轮疲劳寿命预测

5．3．1 链轮疲劳寿命预测流程

5．3．2 链轮载荷谱的外推和叠加

5．3．3 链轮疲劳寿命计算

5．4 链轮疲劳寿命敏感性分析

5．4．1 过载敏感性分析

5．4．2 残余应力敏感性分析

5．4．3 表面处理方式敏感性分析

5．4．4 平均应力修正敏感性分析

5．5 本章小结

6 刮板链系统的可靠度动态仿真及最佳维护周期选取

6．1 刮板链系统的可靠度

6．1．1 刮板链系统可靠度模型的特征

6．1．2 刮板链系统失效时间威布尔分布及参数的确定

6．1．3 刮板链系统服役年限及可靠度数学模型

6．2 刮板链系统的仿真

6．2．1 刮板链系统圆环链服役年龄仿真

6．2．2 刮板链系统可靠度仿真

6．3 刮板链系统最佳维护周期选取

6．4 本章小结

结论

主要研究成果

进一步研究建议

参考文献

作者简历

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