采煤機(jī)扭矩軸的扭斷和扭轉(zhuǎn)特性研究.pdf

1、扭矩軸是采煤機(jī)截割部傳動(dòng)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，通過扭矩軸兩端的漸開線花鍵將機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)與電機(jī)連接起來，其具有傳遞動(dòng)力、彈性緩沖和過載保護(hù)的作用。然而，在實(shí)際工況中，扭矩軸經(jīng)常出現(xiàn)過載而未斷裂或提前斷裂的情況，不能起到保護(hù)電機(jī)和發(fā)揮各傳動(dòng)件強(qiáng)度的作用，嚴(yán)重影響煤礦安全高效生產(chǎn)。扭矩軸采用靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法，在實(shí)際工況中，扭矩軸通常是在瞬態(tài)沖擊下扭斷的，理論設(shè)計(jì)與實(shí)際工況不符，扭矩軸的性能與其結(jié)構(gòu)形式、材料選擇、熱處理方法以及加工工藝等有著直接的關(guān)系

2、。目前，國(guó)內(nèi)尚沒有行之有效的扭矩軸設(shè)計(jì)方法，扭斷試驗(yàn)研究還存在空白。
　　為解決上述問題，以MG500/1180-WD型采煤機(jī)扭矩軸為研究對(duì)象，采用理論計(jì)算、計(jì)算機(jī)仿真與扭斷試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，應(yīng)用Pro/E和ANSYS Workbench軟件對(duì)扭矩軸建模和仿真，進(jìn)行靜力學(xué)和瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。建立采煤機(jī)截割部動(dòng)力學(xué)模型，采用MATLAB/SIMULINK軟件仿真得出截割電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，確定合理的瞬態(tài)沖擊加載時(shí)間。通過扭斷試驗(yàn)測(cè)得

3、扭矩軸靜態(tài)扭斷時(shí)的扭矩和扭轉(zhuǎn)角，對(duì)扭矩軸的化學(xué)成分含量、力學(xué)性能及金相組織進(jìn)行了分析。當(dāng)扭矩軸采用靜扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)屈服扭矩相同，材料為40Cr和42CrMo的兩根扭矩軸的斷裂扭矩進(jìn)行了對(duì)比分析。在瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析中，研究不同瞬態(tài)沖擊時(shí)間下，扭矩軸的有效扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)度對(duì)其扭轉(zhuǎn)特性的影響。
　　研究表明：當(dāng)MG500/1180-WD型采煤機(jī)滾筒受到階躍載荷時(shí)，截割電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為0.035s。靜態(tài)扭斷試驗(yàn)測(cè)得的斷裂扭矩是理論計(jì)算的

4、1.157倍。采用靜扭轉(zhuǎn)屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)安全倍數(shù)相同的兩種材料扭矩軸（材料為40Cr和42CrMo），若兩種材料斷裂時(shí)的扭矩相差小于5％時(shí)，兩種材料可以替換，反之，兩種材料不能替換。當(dāng)卸荷槽尺寸不變，瞬態(tài)沖擊時(shí)間為0.005s，扭矩軸的有效扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)度為967～267mm時(shí)，切應(yīng)力的平均變化率為5.6MPa/dm，當(dāng)有效扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)度為267mm時(shí)，切應(yīng)力最大變化率大于27MPa/0.005s，有效扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)度較小的扭矩軸在設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)考慮沖擊載荷梯度與