采煤机可靠性有限元分析

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基于设计FMEA的矿用车桥壳有限元分析

基于设计FMEA的矿用车桥壳有限元分析摘要：为了提高矿用车桥壳的可靠性和安全性，本文基于设计FMEA方法，结合有限元分析技术，对矿用车桥壳进行分析。

首先对矿用车桥壳的功能和使用条件进行了分析，并通过FMEA方法识别了可能存在的设计缺陷。

然后采用有限元分析对矿用车桥壳进行了模拟计算，得到了其受力状态和应力分布情况。

最后，根据分析结果提出了相应的改进措施，以提高矿用车桥壳的可靠性和安全性。

关键词：设计FMEA、矿用车桥壳、有限元分析、可靠性、安全性正文：一、引言矿用车桥壳是矿用车的主要部件之一，其可靠性和安全性对于整个矿用车的运行都具有重要的影响。

为了确保矿用车的安全运行，需要对矿用车桥壳进行可靠性和安全性分析，寻找可能存在的设计缺陷，并提出相应的改进措施。

二、设计FMEA方法FMEA（故障模式及影响分析）是一种通过对系统或组件的功能和使用条件进行分析，识别可能存在的设计缺陷，并采取相应的措施预防故障的方法。

在矿用车桥壳的分析中，FMEA方法可以帮助分析人员识别可能存在的设计缺陷，从而提出相应的改进措施。

具体步骤如下：（1）明确矿用车桥壳的功能和使用条件。

（2）识别可能存在的故障模式及其严重程度。

（3）分析故障模式的根本原因。

（4）提出相应的改进措施，加以实施和验证。

三、有限元分析技术有限元分析是一种通过数值方法解决实际工程问题的方法。

在矿用车桥壳的分析中，有限元分析可以对其受力状态和应力分布情况进行模拟计算，为确定故障原因和提出改进措施提供支持。

具体步骤如下：（1）建立矿用车桥壳的有限元模型，并进行网格划分。

（2）参考矿用车的使用条件，施加相应的荷载、边界条件等。

（3）进行有限元分析计算，得出矿用车桥壳的受力状态和应力分布情况。

四、案例分析以某矿用车桥壳为例，采用设计FMEA方法和有限元分析技术进行分析。

首先，明确矿用车桥壳的主要功能是承受载重和传递动力，在恶劣的工作环境下保持稳定运行。

其次，通过FMEA方法识别了可能存在的设计缺陷，如连接结构强度不足、材料性能不合格等。

基于有限元的采煤机CST齿轮传动系统仿真分析

作用，产生额外冲击４，使其工作稳定性下降。ＣＳＴ传输装置在大型带式输送机上的作用是驱动设备开始以及停止工作过程中将系统的惯性力降到最
小，并在超载或冲击载荷作用下进行协调，保证系统稳定运行，减少故障发生Ｊ。目前采用较多的可控
损失，对齿轮传动系统的振动特性进行研究具有重
要实际意义。本文在刮板输送机智能驱动系统开发方案的支持下，对可控软启动齿轮箱的振动特性进
行研究，了解其振动特性，以期在实际工作中采取措
施，减小振动、冲击载荷等对ＣＳＴ减速器整机运行
市长治县。１９５
图１ＣＳＴ齿轮传动系统整体装配模型
总第５７８期
现代矿业
２０１７年６月第６期
表２各级传动轴参数的理论计算结果
２静力学分析
齿轮传动的主要受力部件包括一、二、三级齿轮传动及太阳轮、行星轮、行星架、轴及轴承等。在工作过程中电机带动输入伞齿轮启动，电机输出转速为１４８０ｒ／ｓ。对各级齿轮进行受力分析，计算出各
重物坠落，刮板输送机在工作过程中受到冲击载荷
装配功能建立整个系统的三维模型。其中主要建立的实体模型包括第一级伞齿轮、第二、第三级斜齿轮，太阳轮，行星轮，内齿圈以及各级轴类零件。

不同工况下采煤机摇臂壳体静力学的分析

引言采煤机是进行煤矿综采的重要设备，我国有大量的煤矿采用采煤机进行自动化作业，采煤机工作的稳定性对我国煤炭开采的效率和产量均具有重要的影响。

由于采煤机在井下作业环境的复杂性，对于采煤机的设计使用往往采用较大的冗余度来保证采煤机的可靠性，这种方式容易造成采煤机的结构过于笨重，造成了采煤机生产成本的增加及资源的浪费[1]。

随着计算机技术的不断发展，采用CAE 技术进行采煤机等各类采煤机械的设计成为主流。

采用CAE 技术对采煤机的结构进行仿真分析，可以提高采煤机设计的稳定性，同时，针对采煤机的结构进行特定的分析，可以优化采煤机的结构，避免资源的浪费，降低采煤机的制造成本。

1采煤机摇臂壳体的建模采煤机进行作业时，由摇臂和滚筒组成截割机构，截割机构通过滚筒的旋转实现对煤层的切割，而摇臂依据煤层的不同对滚筒的位置进行调节，改变滚筒的姿态，最大程度地提升截割的效率。

采煤机摇臂对滚筒的调节通过安装在摇臂壳体上的减速器及传动机构实现，摇臂壳体作为主要的承载部件，同时对减速器、传动系统及密封件等进行支撑。

摇臂壳体的性能对于摇臂的调节作用具有重要的影响[2]，是采煤机的关键零部件，并且由于壳体的承载较大，是采煤机的易损零部件，因此，在设计过程中，对于摇臂壳体常采用较大的安全系数来保证壳体的稳定性。

由于采煤机摇臂壳体的结构对采煤机截割机构的截割效率及性能具有重要的影响，因此，对于摇臂壳体的受力进行仿真分析[3]，并对壳体的结构进行优化设计十分必要。

摇臂壳体采用主体和板件焊接而成，对壳体的结构进行建模分析，由于摇臂壳体的结构较为复杂，在建模过程中，要对壳体的结构进行一定的简化。

由于焊缝处的强度和板件一致，在建模过程中，忽略焊缝的影响，并对于壳体的细小结构进行简化处理，采用SolidWorks 进行壳体三维模型的建立，得到摇臂壳体的模型如图1所示。

建立摇臂壳体的三维模型之后，将其导入到有限元分析软件ANSYS Workbench 中进行静力学分析。

基于ANSYS的采煤机摇臂有限元分析

图 3 摇臂俯视应力图图 4 摇臂仰视应力图
图 5 摇臂形变图
0.00
1 000.00(mm)
500.00
以上方法具有方便、简单、产品开发周期短、产品开发成本低的优点，可用于指导采煤机摇臂结构
图 2 摇臂载荷与约束图
的优化设计。
5 结果与分析通过图 3、图 4 可以看出摇臂应力主要集中在
煤壁侧，且在法兰盘的根部及电机的根部出现较大的应力。因此在设计中可以适当考虑改善局部结
第 32 卷第 11 期 2011 年 11 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
Vol.32No.11 Nov. 2011
基于 ANSYS 的采煤机摇臂有限元分析
戴玉龙 1，王翠华 2，贾安鹏 1，孟令一 3，常纯 1 （1. 三一重型装备有限公司，沈阳 110027； 2. 沈阳化工大学，沈阳 110142； 3. 沈阳新松机器人自动化股份有限公司，
重介质旋流器磨损机理分析及应用 *
李坤，李雪斌（安徽理工大学，安徽淮南 232001）
摘要：从磨损机理出发，分析了旋流场内分散相颗粒的受力情况以及各种参数对磨损的影响，提出结构优化设计方法，以期减少旋流器的磨损。
关键词：重介质旋流器；磨损；分散相颗粒；受力；优化中图分类号： TD455 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 0794（2011）11 － 0111 － 03
110142, China; 3. Shenyang Sinsun Robot & Automation Co., Ltd., Shenyang 110168, China)
Abstract： Stress analysis about rocker -arm of shearer when it is working is carried out with finite element method in ANSYS Workbench software in this present work, through which stress contours and total deformation contours are obtained. Based on analytical results, some problems in its design are pointed out, which can provide intuitionistic base for the structure optimization of shearer rocker-arm. Key words: rocker-arm of shearer； load caculation； finite element analysis

采煤机螺旋滚筒振动可靠性分析

采煤机螺旋滚筒振动可靠性分析
1. 引言
采煤机螺旋滚筒是采煤机的重要部件，用于破碎和输送煤炭。

螺旋滚筒的振动可靠性
分析对于提高采煤机的工作效率和可靠性具有重要意义。

2. 振动可靠性分析方法
振动可靠性分析可以采用故障树分析（FTA）和可靠性块图分析等方法。

故障树分析是一种根据系统故障逻辑关系和故障事件概率计算系统故障概率的方法。

可靠性块图分析是
一种根据系统部件可靠性参数计算系统可靠性的方法。

3. 螺旋滚筒故障模式与效应分析
螺旋滚筒的故障模式常见有轴承故障、齿轮故障和连接件故障等。

轴承故障会导致螺
旋滚筒振动加剧、温升过高和噪音增大等问题；齿轮故障会导致螺旋滚筒传动不稳定和齿
轮破损等问题；连接件故障会导致螺旋滚筒断裂和脱落等问题。

4. 振动可靠性分析实例
以轴承故障为例，使用故障树分析方法进行振动可靠性分析。

首先确定轴承故障的基
本事件和组合事件，然后根据轴承故障的排他关系和故障发生概率计算轴承故障的概率。

最后根据轴承故障对螺旋滚筒振动的影响，计算螺旋滚筒振动的可靠性指标。

5. 结论
采煤机螺旋滚筒振动可靠性分析是提高采煤机工作效率和可靠性的关键步骤。

通过对
螺旋滚筒故障模式与效应的分析，可以确定振动可靠性分析的重点和方法。

实例分析表明，振动可靠性分析对于预测和预防采煤机螺旋滚筒故障具有重要意义。

注：以上为模拟结果，仅供参考，实际情况可能有所差异。

采煤机螺旋滚筒振动可靠性分析

采煤机螺旋滚筒振动可靠性分析
采煤机螺旋滚筒是采煤过程中的关键部件之一，其振动可靠性直接影响采煤机的工作
效率和安全稳定性。

本文结合采煤机螺旋滚筒的结构及工作原理，对其振动可靠性展开分
析和研究。

1. 采煤机螺旋滚筒的结构和工作原理
采煤机螺旋滚筒是由螺旋叶片和圆柱形滚筒组成的，滚筒的中心轴线与煤层倾角相同。

当采煤机正常工作时，螺旋叶片旋转推进煤炭，使其向采下方向运输，同时滚筒的轴线向
前推进，保证采煤机顺利行进。

由于煤炭粘着性大，容易附着在螺旋叶片和滚筒表面，形
成重心偏移，引起螺旋滚筒的振动，进而影响采煤机的工作效率和稳定性。

（1）动态分析法
采用有限元分析（FEA）对采煤机螺旋滚筒进行动态分析，得出其自然频率和振型特征。

在此基础上，对滚筒振型的主要特征进行识别和优化，采取一定的结构改进措施，如
加装防振垫等，提高螺旋滚筒的抗振能力。

（2）振动测试法
借助振动测试仪进行采煤机螺旋滚筒的振动测试，了解其振动频率、振动幅值和振动
模式等参数，为采取针对性的振动控制措施提供依据。

（3）煤层数据分析法
通过对煤层数据进行分析和处理，得出煤层的物理性质和煤层固结状态等参数，为采
煤机螺旋滚筒的工作提供参考依据，减少对螺旋滚筒的冲击和磨损。

3. 结论
采煤机螺旋滚筒的振动可靠性是采煤机工作的重要因素之一，需要进行全面分析和研究，采用不同的方法和措施进行振动控制与优化，减少螺旋滚筒在工作过程中的振动和失效，提高采煤机的工作效率和稳定性，保障采煤机的安全稳定运行。

薄煤层采煤机可靠性的分析与疲劳寿命的预测

引言采煤机工作的可靠性主要受壳体部件影响，壳体部件是采煤机的薄弱环节，以往的设计方法主要依靠设计经验对其尺寸和结构进行设计，容易出现偏差，影响其工作可靠性和使用寿命。

近年来，随着信息技术的发展，基于虚拟机技术对其壳体进行设计得到了广泛应用，其可以有效提高设计效果[1]。

在设计过程中，首先要对采煤机的可靠性和疲劳寿命进行分析预测，从而保证设计的合理性。

1薄煤层采煤机的可靠性分析采煤机壳体是牵引部件和液压部件的重要载体，对摇臂工作起到支撑作用，是采煤机设计的关键。

薄煤层采煤机整体结构存在刚柔耦合性，在其截割煤壁过程中，刚性构建与柔性构建分别发生大位移运动和小变形运动，且两者之间相互影响，发生强烈耦合作用[2]。

采煤机壳体主要分为牵引部壳体和摇臂壳体两部分，在两者的平面图上建立惯性坐标系，如图1所示。

图1惯性向量坐标系则牵引部壳体某点P的位置矢量可以表示为r p=b0+A（s p+u p）。

其中：b0是惯性坐标系到局部坐标系的位置矢量，A是局部坐标系到惯性坐标系的变换矩阵，s p是壳体未变形的P点位置向量，u p是相对变形量。

可以由该式推导出P点的速度表达式，进而推导出其广义坐标形式，将其与重力势能、广义刚度矩阵以及能量损耗函数带入Lagrange方程，可以得到该系统运动微分方程，在此基础上，计算其牵引阻力，并进行动力仿真分析。

在采煤机设计过程中，牵引阻力是一个重要工作参数，主要根据煤层物理机械性质、采煤机自重、工作面倾角、销轨摩擦阻力以及侧向力等进行确定。

其中，采煤机的自重以及外荷载是其重要决定因素。

在计算采煤机所要克服的牵引阻力时，除了上述参数，还要考虑到滚筒的推进阻力和采煤机的截割阻力。

销轨摩擦系数一般取0.18，经验系数取0.6～0.8，工作面倾角为0°～16°。

若采煤机移动部分质量取190kN，通过计算可得，牵引阻力的最大值为202.904kN，最小值为177.551kN。

采煤机的失效分析与可靠性保证措施

采煤机的失效分析与可靠性保证措施本文针对矿井采煤机使用过程中存在的可靠性低的问题，对采煤机进行了结构分析。

在整机分析的基础上，通过MATLAB软件绘制了采煤机的可靠性数据直方图，分析了故障集中区间。

通过失效分析得出了采煤机失效的最薄弱环节，对失效率较高部位进行了有限元分析，并提出可靠性保证措施，为采煤机的设计制造提供了理论参考。

标签：采煤机；失效分析；可靠性；措施1 引言矿山机械当中的各种设备包括：采煤机和掘进机上的截齿、齿座、截盘、滚筒，绞车、运输机、采煤机上的齿轮，刮板运输机的中部槽、刮板、链条、链轮，煤车轴、皮带托辊，提升钢丝绳，液压支架的阀门、缸体和柱塞，煤水泵、泥浆泵及其输送管道，选煤厂的破碎机、溜煤槽、斗子链板、筛子板、挖掘机斗齿、装岩机溜槽以及钢轨、钎钢，这些设备磨耗失效的速度和范围是十分惊人的。

采煤机是煤矿开采的主要设备，它承担着原煤生产的关键任务。

2 采煤机整机可靠性分析采煤机工作过程中某一零部件损坏就可能使采煤机停止工作，采煤机整机系统包括多个子系统，比如牵引部或截割部系统等等。

2.1 刚柔耦合体系动力学分析采煤机壳体是牵引部件和液压部件的重要载体，对摇臂工作起到支撑作用，是采煤机设计的关键。

采煤机整体结构存在刚柔耦合性，在其截割煤壁过程中，刚性构建与柔性构建分别发生大位移运动和小变形运动，且两者之间相互影响，发生强烈耦合作用[2]。

采煤机壳体主要分为牵引部壳体和摇臂壳体两部分，在两者的平面图上建立惯性坐标系，如图1所示：则牵引部壳体某点P的位置矢量可以表示为r p=b0 +A（s p+up ）。

其中：b 0 是惯性坐标系到局部坐标系的位置矢量，A 是局部坐标系到惯性坐标系的变换矩阵，s p 是壳体未变形的P 点位置向量，u p 是相对变形量。

可以由该式推导出P 点的速度表达式，进而推导出其广义坐标形式，将其与重力势能、广义刚度矩阵以及能量损耗函数带入Lagrange 方程，可以得到该系统运动微分方程，在此基础上，计算其牵引阻力，并进行动力仿真分析。

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［１３】邓宇，刘国翌，李华．基于视频的杠铃轨迹跟踪与分析系统ｆＪ１．中国图象图形学报，２００６，１１（１２）：１８１３—１８１９．
３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１００１９１）
ＦＵＱｕａｎ，ＺＨＡＯＨｕｉ — ｑｉｎ，ＷＵＺｈｕａｎｇ－ｚｈｉ
（１．ＣａｐｉｔａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＥｄｕｃａｔｉｏｎａｎｄＳｐｏｒｔｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１００１９１；
［１４】王向东．抓举技术的生物力学研究及杠铃杆端点的自动识别【Ｄ１．北京：北京体育大学，２００６．［１５］武文斌．基于视频的举重训练系统关键技术研究『Ｄ１．北京：北京工业大学，２０１２．
（２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａｎｘｉＤａｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＤａｔｏｎｇＳｈａｎｘｉ，０３７００９；
ｕｓｅｄｉｎｓｐｏｔｒｓ，ｅｎｔｅｒｔａｉｎｍｅｎｔ，ｍｅｄｉｃａｌａｒｅａａｎｄｏｔｈｅｒｉｆｅｌｄｓ．Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｉｆｒｓｔｒｅｖｉｅｗｓｔｈｅｍｏｔｉｏｎｃａｐｔｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｙ．Ｔｇｈｅｎｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｍｏｔｉｏｎｃａｐｔｕｒｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｐｈｙｓｉｃａｌｅｄｕｃａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｉｎｉｎｇｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｉｒｄ，ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｍｏｔｉｏｎｃａｐｔｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｙｇｉｎｐｈｙｓｉｃａｌｅｄｕｃａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｉｎｉｎｇ．Ｔｈｅａｔｉｒｃｌｅｉｓｅｎｄｅｄｗｉｔｈａｓｋｅｔｃｈｏｆｆｕｔｕｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ
【ｌ６］王兆其，夏时洪，邱显杰，等．数字化三维蹦床运动模拟与仿真系统【Ｊ】．计算机学报，２００７，３Ｏ（３）：４９８ —５０５．
Hale Waihona Puke ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｏｔｉｏｎＣａｐｔｕｒｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＰｈｙｓｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ
・
８４・
山西大同大学学报（自然科学版）
２０１３拄
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｔｉｏｎｃａｐｔｕｒｅｔｅｃｈｎｏｌｏｙｇｉｓｔｈｅｕｓｅｏｆｓｅｎｓｏｒｓｔｏｒｅｃｏｒｄｔｈｅｍｏｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｏｂｊｅｃｔｓｏｒｐｅｒｓｏｎｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｗｉｄｅｌｙ
【８］刘星彤．基于图像识别技术的高尔夫挥杆动作分析仪的研制【Ｄ１．辽宁：东北大学，２０１１．Ｉ９］赵震波．高尔夫全挥杆动作技术特征的研究ＩＤ１．北京：北京体育大学，２０１１．
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