刮板输送机圆环链传动系统动力学特性及疲劳寿命研究

摘要

刮板输送机是综采工作面唯一的运输设备，链传动系统是刮板输送机最主要的子系统，链传动系统的稳定可靠运行直接关系到刮板输送机的安全运行，甚至影响整个煤矿的安全生产。冲击载荷、卡链等现象对链传动系统平稳运行及链轮、链环的疲劳寿命影响显著，因此有必要对链传动系统的动力学特性进行研究，这对于提高运行可靠性和疲劳寿命同样具有重要意义。　　本文首先建立了刮板输送机的力学数学模型，基于煤炭物料的分布特征分析了圆环链的运行阻力、牵引力以及系统预紧力；将链环与链轮的啮合过程划分为周期性啮合过程，并对3个啮合阶段进行了力学分析，以对称罚函数法分析了圆环链的接触过程，为后续动力学特性仿真分析奠定了理论基础。　　基于多体动力学理论，在仿真软件ADAMS中建立了圆环链传动系统仿真模型，为了验证仿真模型的合理性，搭建了刮板输送机动力学特性试验台，采集到链轮转速、刮板加速度等数据，仿真结果在一定程度上与试验数据相吻合，表明了仿真模型和仿真方法的有效性和合理性。通过ADAMS软件的仿真，得到了链传动系统在冲击载荷、卡链、断链等工况下的动力学特性。　　采用非线性动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA，使用参数化设计语言APDL建立了链传动系统有限元模型，对链环与链轮啮合传动过程进行了接触分析，完整模拟了在张紧力作用下圆环链与链轮链窝的啮合接触、摩擦过程，分析了链条张力对接触动力学特性的影响，得到了运行过程中链轮链窝和链环的应力分布规律、啮合摩擦等规律。　　借助有限元仿真结果，提取了不同工况下链轮、链环危险位置处的载荷时间历程，利用疲劳寿命分析软件nCodeDesignLife进行载荷雨流计数，基于试验数据估计了链轮、链环材料S-N曲线，选择线性疲劳损伤累积法则进行了链轮、链环的疲劳寿命计算，最后运用StressLife模块对疲劳寿命敏感性进行了分析，得到了不同输入参数对于链轮、链环疲劳寿命的影响规律。疲劳寿命分析有助于提前发现链轮、链环寿命薄弱的环节，对于综采工作面安全、高效开采具有重要意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1刮板输送机动力学特性研究现状

1.3.2刮板输送机疲劳寿命分析研究现状

1.4 主要研究内容

2 刮板输送机链传动系统动力学分析计算

2.1 圆环链传动系统力学模型

2.1.2圆环链牵引力力学模型

2.1.3链传动系统预紧力分析

2.2 圆环链传动系统接触理论研究

2.2.1链传动系统运动学啮合分析

2.2.2链传动系统动力学接触分析

2.3 本章小结

3 基于ADAMS的链传动系统多工况仿真分析

3.1 多体动力学理论基础

3.2 基于ADAMS的链传动系统仿真分析

3.2.2仿真参数的分析计算

3.2.3仿真计算结果

3.3 ADAMS仿真结果试验验证

3.3.2试验数据采集

3.3.3试验与仿真数据对比

3.4 多工况仿真结果分析

3.4.1启制动工况

3.4.2冲击载荷工况

3.4.3卡链工况

3.4.4断链工况

3.5 本章小结

4 圆环链传动系统张紧状态下接触动力学特性分析

4.1 链传动系统接触碰撞算法

4.2 链传动系统数值仿真模型建模

4.2.1材料与单元类型

4.2.2参数化建模与网格划分

4.2.3载荷与边界条件

4.2.4求解参数设置与结果文件输出

4.3 链传动系统接触结果分析

4.3.1 仿真结果可靠性检查

4.3.2 圆环链之间接触分析

4.3.3圆环链与链轮啮合接触分析

4.4 链条张紧力对接触动力学特性的影响分析

4.4.1链条张紧力对接触力学特性的影响

4.4.2链条张紧力对摩擦内能的影响

4.5 本章小结

5 刮板输送机链传动系统关键零部件疲劳寿命分析

5.1 疲劳寿命分析理论基础

5.1.2疲劳寿命分析流程

5.1.3疲劳累积损伤理论

5.2 链环与链轮疲劳寿命分析

5.2.1危险点载荷时间历程的提取

5.2.2载荷雨流计数

5.2.3材料S-N曲线近似估计

5.2.4疲劳寿命计算结果

5.3 疲劳寿命敏感性分析

5.3.2残余应力敏感性分析

5.3.3表面处理方式敏感性分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

参考文献

作者简历

致谢

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