采煤机截割部扭矩轴的设计及试验研究

发布时间：2019-11-09 19:54

【摘要】：扭矩轴式过载离合器是采煤机截割部电机的保护机构之一，在采煤过程中起到传递动力、吸振减振和过载保护等作用。作为采煤机上截割部电机过载保护的关键零件，扭矩轴在开采过程中的需求量可观。以往扭矩轴主要依赖进口，在采购价格上始终受制于人，不能自主，需要煤炭企业大量的资金投入。因此，实现扭矩轴从设计到生产的国产化具有重要意义。 为了实现扭矩轴的国产化，大量科研机构和科研人员从材料选择、结构设计和热处理工艺的制订等角度对扭矩轴的参数和性能进行了分析和研究，并取得了一些成果。目前，国内在扭矩轴的设计方面缺乏经验和规范，特别是在扭矩轴卸荷槽处应力的计算和断裂判据的确定上依然不够合理，导致国产扭矩轴在稳定性和可靠性方面与进口件相比仍存在着一定的差距。 本文通过分析扭矩轴的结构特点和断裂时的应力状态，指出了以往应用材料力学理论在设计扭矩轴时的局限性，提出在对扭矩轴进行设计时，应引入弹塑性理论来提高设计的准确性；通过对进口扭矩轴材料的化学成分进行分析，选择42CrMo来试制扭矩轴，并根据材料的特性和结构特点制定了相应的热处理工艺；为了获得热处理后的材料性能，将42CrMo制成试件并进行试验。通过拉伸试验，得到了材料在单轴应力作用下的屈服强度、强度极限和载荷-位移关系等数据，并由此计算得到了材料的真实应力-真实应变之间的关系。在扭转试验机上分别对光棒试件和带卸荷槽试件进行了扭断试验，探究了加载速度和重复加载等因素对试件承扭能力的影响，得到了卸荷槽试件在断裂时的极限扭矩。 在有限元软件中对应力状态进行数值计算时，运用APDL编写命令流，对卸荷槽试件和光棒试件的建模和网格划分进行了参数化设计和控制，根据实验得到的数据定义了数值分析时的材料属性；考虑到弹塑性分析的特点，采用了一种考虑塑性变形的施加扭矩加载方法，并探讨了影响计算收敛的若干因素；将试件的扭断扭矩作为边界条件施加在有限元模型上并求解，，通过对计算结果的分析与对比，确定了试件的断裂判据；探究了动载因素对承载能力的影响。为今后国产扭矩轴的设计和制造提供了理论依据和实验数据。
【图文】：

盘处于没有相对滑动的传扭状态，当外力矩大于摩擦离合器调定的摩擦力矩时,输出摩擦盘打滑,起到机械保护的作用[6]。同时，摩擦式离合器的脱开扭矩可以通过旋转螺母或螺栓并配合扭矩指示器在一定的扭矩范围内作无级调整[7]。摩擦片式扭矩限制器的结构简图如图 1-1 所示

开以切断动力输送。此外，当采煤机需要停机替换截齿或维修截割部安全考虑，必须脱开离合器以切断动力，扭矩轴的一端通过轴承、螺杆相连，当该轴在手柄与拉杆的作用下外拉时，扭矩轴另一端与减速脱离[8]，如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD421.6

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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2 刘峰;;薄煤层双电机摇臂新型离合器的开发研制[J];装备制造技术;2012年07期

3 陈云;;滚珠式传感安全离合器的设计[J];常熟理工学院学报;2012年10期

4 敬淼淼,钱振东,陈团结;钢桥面铺装复合梁试件弹塑性研究[J];交通运输工程与信息学报;2004年04期

5 李瑞明;郭连水;王巧霞;范素梅;程军梅;那佳;;复杂装配体有限元网格生成方法的研究[J];机械工程师;2007年04期

6 吴鹏,曾红,韩迈;基于ANSYS的二次开发技术的实现方法[J];辽宁工学院学报;2004年05期

7 欧阳鬯,冯景艳,王旅生,王德民;用增量法解涡轮缺口部位的弹塑性应力集中问题[J];力学学报;1978年04期

8 祁世栋;邹杰;;连续采煤机截割的保护分析[J];煤矿机械;2011年03期

9 冯泾若;杨健康;米朝阳;;国内外大功率大采高采煤机技术与发展动向[J];煤矿开采;2007年02期

10 王瑾;陈霞;芮国洪;;异步电动机故障保护在采煤机中的应用与研究[J];工矿自动化;2010年07期

本文编号：2558641