采煤机截齿冲击动力学性能分析

摘要

截齿是采煤机的截割刀具，是采煤机直接工作的部分，由于其工作环境复杂恶劣，成为采煤机实际作业中更换量最大的易损件，其力学性能的好坏对生产效率和功率的消耗，以及提高经济效益具有十分重要的意义，针对截齿工作过程中受力及可能出现的故障，本文对采煤机截齿截割过程的力学性能进行了比较详细的模拟分析和研究。
　　 本文在冲击动力学理论和显式积分算法的基础上，建立了截齿有限元动态特性分析的基本技术方案，并借助ANSYS/LS-DYNA软件，依据截齿尺寸以及实际工况情况，分别建立了截齿静力学、动力学的有限元模型，并通过对这些有限元模型静力学和动力学的模拟计算，得出了不同速度下截齿受冲击后速度、加速度的响应特性，截齿受力的分布规律、截面轮廓线处等应力变化以及能量变化特性，并分析了不同安装约束对截齿等效应力、速度、加速度以及能量的影响。
　　 主要结论如下：
　　 (1)静力学分析中，最大等效应力出现在刀头，越靠近刀头应力越大，但最大应变发生在刀头与刀杆焊接处，这是造成刀头脱落失效的重要原因。
　　 (2)动力学分析中，截齿应力值先增加后减小，且剪切应力起主要作用，在各横截面轮廓线处应力变化幅度较大，易疲劳失效。
　　 (3)速度大的截齿工作效率高，但所受应力、速度变化以及加速度变化均较大，易造成截齿破坏失效，因此，截齿作业中应选择适当速度。
　　 (4)安装牢固的截齿受力较小，且刀杆尾部应力变化幅度不大，动能损失较多，内能增加较少，有利于破煤，因此应避免存在空隙等缺陷。
　　 本文工作和分析结果为截齿优化设计和进一步试验研究提供了一定的理依据。