刨煤机MK97-002型刨刀的强度和疲劳寿命研究

摘要

MK97-002型刨刀是新引进刨煤机上使用的一种刨刀,使用中发现,这种刨刀经常出现焊缝断裂和硬质合金头脱落的现象,直接影响刨煤机工作的可靠性、工作面的产量和煤炭生产的经济效益。为了搞清MK97-002型刨刀的损坏原因,减少刨刀损耗,解决该型刨刀对不同硬度(用坚固性系数f表示)煤层的适应性,研究不同刨削工况下MK97-002型刨刀的强度和寿命特征。本文提出了一种实体模型刨刀刨削煤层过程的仿真方法。采用柔性体材料建立刨刀实体模型,根据无网格光滑质点动力学SPH理论、等向硬化理论、关联流动法则,构建煤层的本构模型,通过LS-DYNA软件对刨刀薄弱位置(刀体和硬质合金头连接处)不同工况下刨削过程的仿真,得出该位置的应力变化及其统计值;采用改进雨流法、线性Miner疲劳累积损伤模型对刨刀疲劳寿命预测。结果表明,刨刀的应力随刨削深度增加而增加;刨刀的强度接近许用值,其裕量很小;随刨削深度增加,刨刀的累积损伤增长,有效工作时间减少,疲劳寿命降低,刨刀损坏加剧;对于f=5的煤层,刨刀薄弱位置的最大应力为304MPa,其应力接近焊缝材料的极限应力,满足强度要求,所以该刨刀适于刨削f≤5的煤层,其损坏则是由疲劳破坏造成的。所得结论与实际情况相符,为确定该刨刀的刨削能力和正确地选用提供了理论依据。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究发展现状

1.1.1 国外研究发展现状

1.1.2 国内研究发展现状

1.2 研究的目的和意义

1.3 研究的内容

2 刨煤机 MK 型刨刀载荷计算方法

2.1 MK 型刨刀形状及材料特性

2.2 刨刀载荷的计算方法

2.3 总结

3 刨刀刨削煤层模型的建立及理论基础

3.1 LS-DYNA 分析刨刀刨削过程的功能及过程

3.1.1 LS-DYNA 功能

3.1.2 LS-DYNA 对刨刀刨削煤层分析过程

3.2 刨刀刨削煤层模型的无网格理论

3.3 刨刀刨削煤层模型的建立

3.3.1 ANSYS/LS-DYNA 显示动力分析建型步骤

3.3.2 MK97-002 型刨刀模型的建立

3.3.3 煤层本构模型的建立

3.4 小结

4 不同工况下 MK 型刨刀刨削煤层的强度研究

4.1 MK 型刨刀刨削煤层动态仿真的实现过程

4.1.1 定义边界条件及约束

4.1.2 施加刨刀与煤层之间的接触

4.1.3 施加刨刀的驱动

4.1.4 程序求解与求解控制

4.2 不同刨削深度下 MK 型刨刀强度研究

4.3 不同刨削速度下 MK 型刨刀强度研究

4.4 刨削不同硬度煤层下 MK 型刨刀强度研究

4.5 小结

5 不同工况下 MK 型刨刀疲劳寿命研究

5.1 MK 型刨刀疲劳破坏的影响因素及破坏形式

5.2 刨刀的 S-N 曲线及疲劳累计损伤理论

5.2.1 刨刀的 S-N 曲线

5.2.2 疲劳累计损伤理论

5.3 改进的雨流计数法

5.4 不同工况下 MK 型刨刀疲劳寿命研究

5.4.1 不同刨削深度下 MK 型刨刀疲劳寿命研究

5.4.2 不同刨削速度下 MK 型刨刀疲劳寿命研究

5.4.3 刨削不同硬度煤层下 MK 型刨刀强度研究

5.5 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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