刮板输送机链传动系统动态波动特性研究

发布时间：2020-05-31 10:09

【摘要】：刮板输送机是煤矿综采工作面的关键设备,其传动环节是输送机运行的核心环节。刮板输送机链传动系统的工作能力与可靠性直接影响到现代化煤矿开采工作的安全与生产效率。近年来,由刮板链传动系统各元件故障导致的停机事故频发,这与传动系统在运行过程中受到的时变载荷作用有直接的关系,因此研究刮板输送机链传动系统的动态波动特性对实现煤炭工作面综采设备的安全运行具有十分重要的意义。本文采用理论研究、仿真计算、实验测试及统计检验相结合的方法,以刮板链的速度、加速度与链环的受力波动特性为主要研究对象,从不同侧面对刮板输送机在传动过程中表现出的时变特征进行描述,旨在为刮板链传动系统的工艺改进和设计优化工作提供一定的指导。本文对刮板链传动系统的运动学特性进行了分析,分别建立了适用于机头段和机尾段刮板链速度、加速度分析的单侧接触模型和双侧接触模型,结合链轮链环的啮合特性与刮板链运行至不同位置时的受力特点,分别推导了直线运行段与啮合段的刮板链张力计算公式。通过对比现场实测数据与理论计算值验证了运动学模型的合理性,阐明了张力计算公式的适用性。基于接触力学基本理论,探究了刮板链节距、刮板链圆弧段曲率半径对传动系统啮合接触的影响并计算了链轮链环间的相对滑动量。利用ADAMS软件,建立了刮板输送机链传动系统刚柔混合动力学模型,根据柔性链环各单元节点随时间变化的应力云图,获取了平环最大应力点的位置信息,发现当平环由直线运行段向啮合段过渡时,产生最大应力的区域由该环与相连立环的接触区域向该环与链轮的接触区域转移,且最大应力值相应增加。在线性损伤累积模型的基础上,以实验和仿真结果为依据,利用雨流计数法对链环的疲劳寿命做出了评估。以多刚体动力学模型为仿真模型,遵循控制变量的基本原则对模型进行求解并描述了不同驱动方式、铺设倾角、铺设长度、驱动转速以及负载状况下刮板链速度、链环间接触力与链轮链环间啮合力变化的时间历程,分析了不同参数下刮板链传动系统波动特性存在差异的原因。在正交试验的基础上设计仿真方案,以变异系数为评价链环间接触力、链轮链环间啮合力波动稳定性的指标,运用极差分析与方差分析对仿真结果进行处理,阐述了驱动转速、铺设倾角、铺设长度对两种力波动的影响主次性与显著性,发现驱动转速对以上两种力波动稳定性的影响最显著,铺设倾角对链环间接触力波动稳定性的影响较显著,铺设长度对链轮链环间啮合力波动稳定性的影响较显著。
【图文】：

煤矿井下,综采工作面

太原理工大学硕士研究生学位论文第一章绪论究背景及意义术是集采煤、支护、运输及整体推进等作业为一体的机发展，已成为世界上最先进的井下开采技术[1]。综采成套刮板输送机组成，，如图 1-1 所示。其中，刮板输送机是担运煤任务的同时起着为采煤机提供运行轨道、为液压伴随着煤矿资源需求量的日益增加，围绕长运距、大运量能设计与结构改良工作得到了长足的发展。

示意图,链轮,链环,啮合过程

啮合阶段是刮板链圆弧面与链轮链窝之间稳定接触并传递动力的阶段。在分析时，可以把链轮链环的实际运动进行等效处理：将链轮视为静止，则链环在拉力F作用下绕轮旋转。该等效啮合过程可以简化如图2-7所示。图 2-7 链轮链环啮合过程示意图Fig.2-7 Schematic diagram of meshing process between sprocket and chain当平环1在链窝内完成与链轮的啮合后，立环2绕旋转中心A作逆时针转动并完成与链轮的啮合，随后平环3绕旋转中心B作逆时针旋转并完成与链轮的啮合。后续链环顺次完成与链轮的啮合，并最终实现刮板链传动系统的传动。图2-8给出了啮合初期的平环受力示意图。 FfNF图 2-8 啮合初期的平环受力示意图Fig.2-8 Schematic diagram of force on horizontal ring at initial meshing stage上图中，F为后方立环对平环的拉力；N为链轮对平环的法向支撑力；Ff为链轮轮齿对平环的摩擦力；、、分别为法向支撑力N、拉力F与水平方向的夹角及接触点切线位置夹角；为刮板输送机过渡槽升角。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD528.3

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