镐形截齿堆焊温度场数值分析与实验验证

发布时间：2020-09-08 09:05

　　 本文以采煤机械上矿用镐形截齿U75-19为实例,查阅各种关于截齿资料。认识到截齿的工况环境复杂、多变,截齿是采煤机械上消耗量最大的零部件,截齿主要失效形式-磨损。为了解决截齿的耐磨性问题,采用激光熔覆技术在截齿耐磨部位堆焊一层金属,可以有效提高截齿的耐磨性和使用寿命。本文运用ANSYS 16.0软件,建立了镐形截齿U75-19三维模型,并进行网格划分,运用ANSYS单元生死技术模拟焊缝材料的填充;运用高斯移动热源实现对镐形截齿施加移动热源;以及运用热焓法来处理相变潜热问题。通过APDL编程模拟实现堆焊过程。通过设置不同的预热温度、焊接速度,分析了预热温度和焊接速度对镐形截齿温度场及应力场的影响;并模拟了堆焊过程中采用自然空气对流和强制空气对流的冷却方式,得到了镐形截齿冷却曲线,并与CCT曲线进行结合分析,推测出镐形截齿的表面硬度。通过对数值模拟计算发现:预热温度的大小,以及冷却方式的选择不同,都会对镐形截齿温度场及残余应力产生一定的影响,最后通过实验进行验证,得到了一些合适的焊接工艺参数,为数值模拟技术在堆焊焊接应用中提供了有利的依据。
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD421.6;TG455
【部分图文】：

截齿用在不同机械上。根据市场调查，截齿有以下几种类型：采煤机用镐形截齿刀形截齿；旋挖钻机用旋挖齿；掘进机用掘进齿；铣刨机用铣刨齿及挖掘机斗齿本文主要研究的是采煤机上的掘进机用的截齿。根据截齿的类型，以及市场上常使用的型号，做出合理的分析，确定截齿型号并进行建模分析。2.2 截齿分类采煤用的煤截齿主要分两种类别，分别为镐形截齿和刀形截齿。镐形截齿主要包括齿头（硬质合金）、齿体和齿柄三部分组成[24-25]，截齿头部和齿体中间为耐磨层，这也是截齿最易磨损的部位，从剖面图可以看出来，硬质合金钎焊在耐磨层，随着磨损的加剧，耐磨层必然会逐渐越少，结果是硬质合金掉落。从镐形截齿的整体结构来看，很像镐形，结构简单。尾部与掘进机相连，随着掘进机的运动而运动，而且自身也会自转。工作过程中各个截面与煤层的接触机会一样因自转而具有自锐性。

截齿用在不同机械上。根据市场调查，截齿有以下几种类型：采煤机用镐形截齿刀形截齿；旋挖钻机用旋挖齿；掘进机用掘进齿；铣刨机用铣刨齿及挖掘机斗齿本文主要研究的是采煤机上的掘进机用的截齿。根据截齿的类型，以及市场上常使用的型号，做出合理的分析，确定截齿型号并进行建模分析。2.2 截齿分类采煤用的煤截齿主要分两种类别，分别为镐形截齿和刀形截齿。镐形截齿主要包括齿头（硬质合金）、齿体和齿柄三部分组成[24-25]，截齿头部和齿体中间为耐磨层，这也是截齿最易磨损的部位，从剖面图可以看出来，硬质合金钎焊在耐磨层，随着磨损的加剧，耐磨层必然会逐渐越少，结果是硬质合金掉落。从镐形截齿的整体结构来看，很像镐形，结构简单。尾部与掘进机相连，随着掘进机的运动而运动，而且自身也会自转。工作过程中各个截面与煤层的接触机会一样因自转而具有自锐性。

图 2-3 刀形截齿模型图 图 2-4 刀形截齿结构图Fig. 2 -3 Cutter model diagram Fig. 2 -4 Cutter structure diagram因此，镐形截齿和刀形截齿有各自适用的煤层。在生产作业时可以根据煤层结构的不同进行选择使用。就目前国内而言，使用镐形截齿较为普遍，本文就以镐形截齿为例，进行截齿堆焊温度场数值模拟计算。2.3 镐形截齿的型号镐形截齿的型号大致分为：S 系列和 U 系列。S 系列几种型号的结构主要尺寸见图 2-5 至图 2-6。

【参考文献】

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本文编号：2813982