采煤机破碎摇臂CAE分析与优化设计
采煤机摇臂的受力分析及优化设计
70
77
63
肋板高
309
250
450
最大变形量
2.9
-
-
目标变量
最大应力值
152
-
摇臂质量
6 517
-
-
图1摇臂滚筒受力示意图
推进阻力同样集中在滚筒的齿尖,方向与牵引方 向相反，所以可以表达为如下公式：
1采煤机摇臂受力情况分析
根据采煤机的实际工作状态，对采煤机的受力进
行简单的分析，主要考率到滚筒的重力G|、摇臂的重 力G?、截割阻力和推进阻力分别为化和 P八截割的 阻力力矩M、滚筒的轴向力摇臂滚筒受力示意 图如图1所示。
所以根据图1可以得到：
955073 f/Zcos <p
M = Ma=--------------------
・135・
煤矿机电
2019年第6期(第32卷，总第164期) -机械研究与应用•
1.91 x nDc
式中:代表截割电机的额定功率;4代表截割机械 传动效率;0代表滚筒的直径;K代表滚筒的圆周力 表达式的修正系数。
表1目标优化参数设定
目标项目
初始值 上限 下限
壁厚/.~加
70
77
63
预计设计变量 箱体厚d.~XA
中图分类号：TD421
文献标志码:A
文章编号：1007-4414(2019)06-0135-03
Stress Analysis and Optimization Design for the Shearer Rocker
WANG Ding-ding
(Shanxi Linyi Xishan Shenghui Coal Industry Co., Ltdy Linfen Shanxi 041083, China)
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
采煤机摇臂故障及对策探析
采煤机摇臂故障及对策探析1 概述为了满足日益增长的能源消耗需求，亿吨级、现代化矿区的建设发展速度持续增长，综采设备的现代化程度越发先进，装机功率不断增大，各个部件的维护要求越发严谨。
采煤机作为综采设备的主力，机电一体化程度越来越大，在地质结构复杂、环境恶劣的矿井下，精密程度越高的大型设备越容易遭受到外力的破坏，其中的一些关键零部件也就显得更加“脆弱”。
由于这些零部件的故障而致使采煤机整体停机，导致整个生产完全瘫痪的情况是很容易发生的。
因此，必须确定需要高度重视的维修维护对象，以及采煤机重要零部件的日常维修维护工作，只有采取得力措施预防和排除各种故障，才能确保矿井正常的生产秩序。
在采煤机的零部件中，摇臂是一个重要的零部件，担负着繁重的割煤、装煤任务，在外力的影响下，采煤机摇臂的四大构件都容易发生各种各样的故障。
四大构件分别是直齿传动系统、行星齿轮传动系统、操作离合器、截割电机，如图1所示：截割电机通过直齿传动系统传输动力，经行星齿轮传动系统将动力传递到滚筒，完成截煤、装煤任务，另一部分动力带动冷却水在冷却管内流动，给采煤机容易发热的机械设备进行散热，然后从滚筒上喷出用于降尘。
操作离合器实现对采煤机摇臂运行速度的控制。
2 摇臂的故障判断与解决方法2.1 故障判断的方法对采煤机摇臂的故障判断可以用四个字作为总结：问、查、测、摸。
2.1.1 问。
向现场操作人员仔细询问采煤机整体运作情况，询问摇臂的运行状态、截煤时候的反应、煤层的情况等。
2.1.2 查。
查看运行日志、维修记录、设备图纸、改造图样；查看设备是否有漏油、漏水情况；查看仪器仪表指示度数等。
2.1.3 测。
使用测量仪器对设备进行全面的勘测检查，主要有漏电、漏水、漏油、温度、转速、动力等。
2.1.4 摸。
通过触摸的方式直接感觉设备的运行情况，外壳的振动情况、个别零件的牢固程度。
通过以上四种手段，可以排除一些简单的故障，可以有效缩小故障范围，有利于进一步精确确定故障点。
采煤机摇臂的故障分析和检修方式
收稿日期：2018－10－11摘要：为提高采煤机的故障检修技术，降低采煤机故障率，阐述了采煤机摇臂的结构形式、工况特点及检修方式，针对摇臂典型故障展开研究，分析故障原因，提出处理方法。
关键词：采煤机摇臂；故障分析；检修方式中图分类号：TD42文献标识码：A文章编号：1009－9492(2019)05－0288－02Failure Analysis and Maintenance of Shearer Rocker ArmMA Jia（Huozhou Coal and Electricity Group Fenyuan Coal Company ，Xinzhou 035100，China ）Abstract:In order to improve the fault repair technology of shearer and reduce the failure rate of shearer ，in this paper ，the structureform ，working condition characteristics and maintenance mode of the rocker arm of shearer are expounded ，and the typical faults of the rocker arm is studied ，by analyzing the causes of the faults ，the treatment method is put forward.Key words:shearer rocker arm ；fault analysis ；maintenance mode采煤机摇臂的故障分析和检修方式马嘉（霍州煤电集团汾源煤业公司，山西忻州035100）DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2019.05.0850引言采煤机属于机电液一体化设备，用于煤矿井下开采，极大地降低了劳动强度，提高了煤炭的生产效率及生产的安全性。
浅谈采煤机摇臂的故障分析和检修方式
浅谈采煤机摇臂的故障分析和检修方式滚筒式电牵引采煤机是现在各大煤矿集团主要使用的采煤机型，采煤机摇臂的使用寿命直接影响着回采工作面的生产进度和产量，也直接影响着煤矿年产量和效益，随着回采工作面的推进采煤机摇臂作为截割煤的主要工作部件，出现故障是不可避免的，如何采取有效的检修方式延长采煤机摇臂的使用寿命是提高产量和开机率的关键。
标签：采煤机摇臂；故障分析；检修方式1 引言在现代化的煤矿生产中，由于采煤机自动化水平和装机功率的普遍提高，在井下工作面回采过程中，各设备、各系统的联系非常紧密，因而采煤机的故障，哪怕是局部的失灵，都会造成整个设备的停转，整个回采工作面的停采。
采煤机的摇臂是采煤机正常工作重要部件，也是采煤机损耗最快最容易发生故障的部件，采煤机摇臂的故障给煤矿带来巨大的经济损失、造成严重的事故甚至是人身伤害的例子举不胜举。
正因为如此，各煤矿尤其是大型煤矿集团都十分重视采煤机摇臂故障及其日常维修工作。
在采煤机摇臂的维修中，研究故障的目的是查明故障模式，寻求采煤机摇臂故障机理，探求减少故障发生的方法，提高采煤机的可靠程度和有效利用率。
2 故障模式采煤机摇臂的故障必定有外在的特征，它们反映出采煤机摇臂发生的物理的、化学的异常现象，并导致采煤机摇臂的截割功能的丧失。
这些物质状况和特征称为故障模式，可以通过人的感官或测量仪器得到具体的表现。
（1）属于采煤机摇臂的齿轮材料性能方面的故障如疲劳、断裂、裂纹、蠕变、材质劣化等，通常出现在工作面较长采煤机摇臂长期使用后出现。
（2）屬于采煤机摇臂内化学、物理状况异常方面的故障如腐蚀、油质劣化、密封圈劣化、浮动封变形等，通常出现在工作面较长采煤机摇臂长期使用后出现。
（3）属于采煤机摇臂运行状态方面的故障如振动强烈、润滑油渗漏、异常噪音等，通常出现在地质条件劣化和采煤机使用不当情况下出现。
（4）属于采煤机摇臂多种原因的综合表现如磨损和摇臂壳体的变形和断裂，通常在上面三点发生后出现。
国产大功率采煤机摇臂CAE分析
国产大功率采煤机摇臂CAE分析作者：吴彦摘要：通过对正在研制中的ＭＧ750/1800-ＷＤ型采煤机摇臂进行了有限元分析，得出了该采煤机摇臂在不同位置、不同工况的应力、应变规律，摸清了摇臂危险截面、极限工况、极限载荷和极限应力，提出了摇臂承载能力的优化方案。
同时还对摇臂壳体固有频率、各阶振型、动力性能进行了探索性分析研究。
关键词：采煤机；有限元分析；动力学分析我国现行采煤机摇臂壳体的设计基本上都采用传统的设计方法：根据经验和以往设计实例设计人员在纸面上设计所需的产品，根据小功率采煤机摇臂尺寸适当加大来设计更大功率的采煤机摇臂，如果出现问题或不满足预定设计要求的情况，就要修改设计，这在现实设计中确实出现了许多的问题。
随着采煤机装机功率越来越大，单纯依靠经验，根据小型机器设计大功率机器和加大安全系数的方法，往往使设计产品的尺寸越来越大，结构的应力分布、变形分布、内力分布也很难得到合理保证。
然而通过对采煤机摇臂进行有限元分析，可以得出采煤机摇臂壳体在不同位置、不同工况的应力、应变规律，摸清其危险截面、极限工况、极限载荷和极限应力，提出摇臂承载能力的优化方案。
同时还可以对摇臂壳体固有频率、各阶振型、动力性能进行探索性分析研究。
应用该技术可以在产品设计阶段预测产品质量，使产品在投入生产之前进行优化以提高产品质量，从而缩短产品开发周期，进而降低开发成本，提高市场竞争力。
1滚筒负荷计算程序编制由于煤岩机械性质的特殊，刀具在截割过程中受较大的动载，且具有随机性，用解析方法精确计算刀具受力有着很大的困难。
滚筒随机负荷包含确定性成分，这使得我们可以以经验公式加以估算。
前苏联曾制定了计算刀具受力的行业标准(ＯＣＴ12.47.001-73)，就目前而言，是比较完善的，且已被广泛应用。
结合上海分院1990年编制的《采煤机螺旋滚筒的参数优化、装载效率及滚筒载荷计算》，来建立滚筒负荷数据模型。
滚筒某一瞬时的负荷是指在该瞬时同时参与截割的截齿负荷的叠加，以双滚筒为例，该滚筒总截齿数为ｎｐ，滚筒上截齿Ａ(前滚筒，后滚筒为Ａ′)所处位置为初始截割位置，如图1所示。
采煤机摇臂毕业设计
采煤机械化的发展方向是：不断完善各类采煤设备，使之达到高效、高产、安全、经济；向遥控及自动控制发展，并逐步过渡到无人工作面采煤；提高单机的可靠性，并使之系列化、标准化和通用化；研制厚、薄及急倾斜等难采煤层的机械设备。
（5）Ⅳ轴：齿轮，轴承，端盖，密封座，套筒，密封件组成。
（6）Ⅴ轴：齿轮，轴承，端盖，密封座，套筒，密封件组成。
（7）Ⅵ轴：惰轮组，轴齿轮，轴承，端盖，密封件，密封座组组成。太阳轮通过花键联接将动力传递给行星减速器。
（8）行星减速器：太阳轮，行星轮，内齿圈，行星架和轮轴，轴承，套筒组成。该行星减速器有三个行星轮系，太阳轮浮动，行星架靠两个套筒轴向定位，径向有一定的配合间隙。
60年代是世界综采技术的发展时期。第二代采煤机—单摇臂滚筒采煤机的出现，解决了采高调整的问题，扩大了采煤机的适用范围；特别是1964年第三代采煤机——双摇臂采煤机的出现，进一步解决了工作面自开缺口问题；再加上液压支架和可弯曲刮板输送机的不断完善，滑行刨的研制成功等，把综采技术推向了一个新水平，并在生产中显示了综合机械化采煤的优越性—高效、高产 、安全和经济，因此各国竞相采用综采技术。
滚筒采煤机的组成如图1.1所示。
现代采煤机基本上都使用模块化设计，采用多电机横向布置，结构取消了螺旋伞齿轮，各主要部件通过高强度液压螺栓联接，之间没有动力传递，结构简单，传动效率高，传动可靠，维修和检查方便；采煤机的牵引部分也采用了无链牵引，牵引啮合效率高，不会出现断链事故工作更安全。
图1.1 双滚筒采煤机
表2.2YBCS4-160(B)主要技术参数
额定功率：400KW；
额定电压：1140V
破碎机运动机构仿真分析及优化设计的开题报告
破碎机运动机构仿真分析及优化设计的开题报告开题报告：一、选题背景破碎机作为重要的矿石破碎设备，在矿山、冶金、建筑等行业都有着广泛的应用。
其主要功能是将矿石等物料进行粗碎、中碎、细碎等处理，以满足生产需要。
破碎机运动机构作为破碎机的核心部件之一，对破碎机的性能和效率具有重要影响。
目前，国内外已有很多对破碎机运动机构进行仿真分析和优化设计的研究，但是针对不同类型、不同规格破碎机及其运动机构特性的详细研究尚不充分，因此，本文选取一种特定类型及规格的破碎机作为研究对象，对其运动机构进行仿真分析和优化设计，旨在提高破碎机的破碎效率和性能，增强其竞争力。
二、研究目标本文的研究目标是对破碎机的运动机构进行仿真分析和优化设计，具体包括以下几个方面：1. 建立破碎机的运动学模型和受力分析模型，对运动机构进行仿真分析，并得到其运动规律和受力情况；2. 在仿真分析的基础上，通过优化设计的方法，对破碎机的运动机构进行结构优化，以提高其破碎效率和性能；3. 通过实验验证，验证优化设计的效果，并对仿真分析和优化设计的方法进行总结和总结。
三、研究内容本文的研究内容主要包括以下三个方面：1. 破碎机的运动学模型和受力分析模型建立；2. 破碎机运动机构的仿真分析和优化设计；3. 仿真结果的实验验证。
四、研究方法本文的研究方法主要包括以下几个方面：1. 建立破碎机的运动学模型和受力分析模型，通过有限元仿真模拟的方法，对运动机构进行仿真分析，并得到其运动规律和受力情况；2. 在仿真分析的基础上，通过优化设计的方法，对破碎机的运动机构进行结构优化，以提高其破碎效率和性能；3. 通过实验验证，验证优化设计的效果，并对仿真分析和优化设计的方法进行总结和总结。
五、研究计划本文的研究计划如下：1. 建立破碎机的运动学模型和受力分析模型，进行有限元仿真分析，并获取其运动规律和受力情况（2022年1月-2022年4月）；2. 通过仿真分析的结果，对破碎机的运动机构进行结构优化，并进行优化方案的仿真验证和评估（2022年4月-2022年7月）；3. 对优化设计的方案进行实验验证和评估，并对仿真分析和优化设计的方法进行总结和总结（2022年7月-2022年12月）。
采煤机截割部摇臂壳体力学及模态分析研究
趋势发展。
第7阶振型为俯仰挥舞，第8阶振型为径向挤压并伴随扭转变形，该两阶振型之间存在一定的耦合关7阶振型是基础，在一定程度上影响第阶振型变形量较大，需要避免在该频率下工作，以免发生结构的破坏。
第阶振型相对于第8阶振型的变形最大值趋于减小，最大变形约为25.95mm ，最小约为，第10阶振型最大变形约为87.3mm ，最小约为，然而，该振型最大值的变形发生的结构面积很整体呈蓝颜色，第阶与第10阶振型整体的颜色构但各个振型颜色的变化趋势缓和，即变形量的变化趋势没有出现极端变化现象。
第11阶与第12阶振型，下端孔出现变形，但是上部颜色区域呈现蓝色，变化较为工作时应该时刻监测下端孔的振动频率，避免孔变形量过大导致零件的损坏。
通过各个振型的变形情况分为实际工作中的截割部摇臂壳体的运行提供参考，其应该注意变形量过大的振型对应频率范围，避免发生结构的断裂。
摇臂壳体三维模型2网格化的有限元模型791011903214023592373表1截割部摇臂壳体的振动频率图5摇臂壳体变形云图3瞬态动力学分析为了得到截割部摇臂壳体的力学性能，进行瞬态动力学分析。
在左提升托架内圆孔表面施加销钉约束，对摇臂壳体施加三个方向载荷：F x =1800kN ，F x =210kN ，F x =650kN ，得到摇臂壳体应力云图，见图4，摇臂壳体变形云图，见图5。
由图4可知，最大等效应力为189MPa ，应力主要集中在摇臂的中间孔处，其他结构部位应力变化平缓，不易形成应力集中现象。
由图5知，最大变形发生在摇臂壳体上端的圆孔处，整体变形不大。
因此摇臂壳体是安全可靠的，在满足安全系数的要求前提下，适当减小壳体摇臂的结构尺寸及进行优化，可以提高摇臂壳体工作效率。
4结语经过对采煤机截割部摇臂壳体力学及模态分析，得到结论如下：①对采煤机截割部摇臂壳体进行模态分析，提取前六阶非零模态振型，其中第7阶与第8阶构成耦合关系，应该避免在相应的频率下工作，防止发生共振；②对采煤机截割部摇臂壳体进行了瞬态动力学分析，最大应力产生在中间圆孔处，不易形成应力集中现象，整体变形不大；③模态振型及应力变化云图为采煤机截割部摇臂壳体的安全运行提供参考价值。
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。
综采工作面破碎机故障分析及优化改进研究
190研究与探索Research and Exploration ·智能检测与诊断中国设备工程 2023.11 (下)“综采”即煤矿综合机械化采煤，通常是指机械化程度在95%以上的矿井工作面综采。
在综采工作面作业中，破碎机是常用的一种机械设备，破碎机的种类比较多，目前综采工作面采用的破碎机类型多为锤式破碎机，PCM400型锤式破碎机便是综采工作面常见且常用的锤式破碎机，受煤矿井下恶劣环境的影响，再加上破碎机未得到及时有效的维护保养，导致综采工作面破碎机易出现各种各样的故障，例如，锤式破碎机易出现轴承损坏、锤轴螺栓磨损等。
因此，本文重点是对综采工作面破碎机易出现的故障进行分析，并针对这些故障问题制定优化改进的措施方法，从而保证破碎机能够在综采工作面作业中正常运作，提升综采工作开展的效果。
1 综采工作面破碎机出现故障的具体原因1.1 工作环境恶劣根据综采的概念可知，综采工作面破碎机主要应用于煤矿，而煤矿的工作环境非常恶劣，当破碎机正常运行时，振动非常大，导致破碎机的零件非常容易出现磨损，从而导致破碎机的传动系统出现一系列故障，比较容易损坏的零件包括锤头、轴承、密封等，若上述零部件出现磨损，将会导致破碎机传动系统直接出现故障。
同时，破碎机在正常工作的状态下会形成较多的粉尘，这些粉尘会随着机械运作时产生的气流带入动力系统中，虽然短期内并不会产生明显的影响，但通过长期的积累下，大量粉尘会附着到动力系统的润滑油表层上，导致动力系统缺乏润滑效果，并造成动力系统的传动部位出现越来越严重的磨损，从而导致破碎机发生故障。
1.2 维修维护不及时随着科技的持续发展，我国大部分煤矿企业开始开展自动化、持续性生产，但在此种生产模式下，要求使用的机械设备必须具备较高的质量和运行要求，导致破碎机开始朝向大型化、高产量化以及高自动化方向发展，造成破碎机无论是在运输和装卸方面，还是在日常维修维护方面，均较大程度地提升了难度。
基于ANSYS软件的采煤机摇臂受力仿真分析
引言采煤机作为我国煤炭开采的重要设备，在复杂地质条件下进行作业时，常常出现采煤机摇臂断裂、滚筒截齿折断及中部槽疲劳断裂等事故，这无疑会影响采煤机的工作性能，为了解决采煤机易发生故障的问题，此前众多学者对采煤机部件优化进行过一定的研究[1-2]，陈文伟[3]以MG900/2400采煤机为背景，利用ANSYS 数值模拟软件对摇臂传动系统中的齿轮及摇臂壳体受力进行仿真分析，为采煤机摇臂结构优化提供一定的参考。
杨旭瞳[4]利用模拟软件对采煤机摇臂进行力学分析，通过ANSYS 软件给出了采煤机摇臂的优化方案，为采煤机摇臂传动稳定性的提升打下基础。
因此，利用数值模拟软件对采煤机摇臂的受力及稳定性进行研究。
1摇臂壳体应力分析采煤机摇臂主要作用是将电动机的力传递到滚筒，完成滚筒截割煤壁的任务，一般来说采煤机的功率消耗约8成以上是截割部作功，所以提升摇臂性能可有效提升采煤机工作效率。
采煤机的摇臂主要组成部件有截割电机、摇臂壳体及摇臂齿轮减速箱等，本文选定采煤机型号为MG500/1130-AWD ，采煤机摇臂通过铰轴和牵引部连接，同时通过油缸的伸缩实现摇臂的升降。
目前对采煤机设计常见的分析软件为ANSYS模拟软件，软件具有强大的后处理能力，其可以较好的与CAD 软件进行衔接，可有效降低模型建立的周期。
同时ANSYS 数值模拟软件具有强大的网格处理能力、耦合场求解及兼容性强等优点，因此本文的模拟研究软件选择ANSYS 软件。
在进行模拟计算前需要对三维模型进行一定的简化，对结构中的圆角、倒角及小孔进行简化，同时忽略焊接缝对模拟精度的影响。
首先对摇臂的壳体进行模型建立，采煤机摇臂壳体是最容易出现损坏的部件，在进行壳体建立时需要在满足强度要求的同时降低其重量，以此来达到降本增效的目的。
本文在solidworks 软件中先建好壳体模型，后导入至ANSYS 模拟软件中，对模型进行网格划分，在进行网格划分时充分考虑计算精度及计算效率，选定自由网格划分的方式，网格类型分为两种，分别为SOLID45和SOLID92，对模型的物理参数进行设定，材料的密度为7.91kg/m 3、泊松比为0.27、材料的弹性模量为2.2×1011Pa ，同时对模型的约束进行设置，限制模型耳座孔处的X 、Y 、Z 向移动及轴向转动。
《面向服务架构的采煤机零部件CAE分析方法》
《面向服务架构的采煤机零部件CAE分析方法》篇一一、引言随着现代采煤技术的不断发展，采煤机作为煤炭开采的核心设备，其性能和安全性的要求日益提高。
为了满足这一需求，面向服务架构的采煤机零部件CAE（计算机辅助工程）分析方法应运而生。
该方法通过运用先进的计算机技术，对采煤机零部件进行精确的仿真分析和优化设计，以提高其性能、降低生产成本、确保安全运行。
本文将详细介绍面向服务架构的采煤机零部件CAE分析方法的应用及其优势。
二、采煤机零部件CAE分析的基本原理CAE分析是一种利用计算机仿真技术对产品进行性能分析和优化的方法。
在采煤机零部件的CAE分析中，主要通过有限元分析、多体动力学分析、热力学分析等方法，对零部件的力学性能、运动学特性、热力学特性等进行深入研究。
通过建立精确的数学模型，模拟零部件在实际工作过程中的受力、变形、温度变化等情况，为优化设计提供依据。
三、面向服务架构的采煤机零部件CAE分析方法面向服务架构的采煤机零部件CAE分析方法，是指在CAE 分析过程中，以服务为导向，将分析任务分解为若干个独立的服务模块，每个服务模块负责完成特定的分析任务。
这种方法具有以下优势：1. 模块化设计：将CAE分析任务分解为多个独立的服务模块，便于管理和维护。
同时，每个服务模块可以根据需要进行灵活配置和扩展，提高分析的效率和准确性。
2. 协同工作：通过服务架构，实现各个服务模块之间的协同工作。
不同部门、不同领域的专家可以同时参与分析，共享数据和信息，提高分析的全面性和深度。
3. 云计算支持：利用云计算技术，实现数据的存储、处理和分析。
云平台可以提供强大的计算能力和丰富的数据资源，支持复杂的数据分析和模拟。
四、具体实施步骤1. 明确分析目标：根据采煤机零部件的设计要求和实际工作需求，确定CAE分析的目标和任务。
2. 建立数学模型：根据采煤机零部件的结构特点和工作原理，建立精确的数学模型，包括几何模型、物理模型等。
基于采煤机摇臂销轴载荷数据卡尔曼最优估计的煤岩识别方法
基于采煤机摇臂销轴载荷数据卡尔曼最优估计的煤岩识别方法史光亮1， 尉瑞1， 王海燕1， 葛津铭2， 张盛涛2（1. 中煤华晋集团有限公司，山西 太原 030002；2. 辽宁工程技术大学 机械工程学院，辽宁 阜新 123000）摘要：采煤机的煤岩识别技术是实现智能控制的基础，现有煤岩识别方法对现场环境及检测设备要求较高，实际综采工作面难以满足所需的必要条件。
针对上述问题，提出了一种基于采煤机摇臂销轴载荷数据卡尔曼最优估计的煤岩识别方法，在不增加外部附属仪器设备的基础上，采用摇臂销轴传感器替换现有销轴感知煤岩载荷，可较好地适应环境。
通过测定位于摇臂与连接架连接处摇臂销轴传感器的应变数据，采用卡尔曼最优估计算法对载荷数据进行降噪处理，使采煤机在截割煤岩等不同工况下的载荷区间相互分开，通过判断实时载荷处于的区间实现煤岩识别。
构建随机载荷信号，利用卡尔曼最优估计算法、最小均方（LMS ）自适应估计算法、变步长LMS 自适应估计算法对相同信号进行降噪处理，结果验证了卡尔曼最优估计算法对载荷信号降噪处理的可行性与优越性。
在某综采实验平台上进行煤岩识别验证，以空载、截割煤壁、截割岩石3个阶段对煤壁侧上端摇臂销轴沿采煤机牵引方向的载荷进行分析，结果表明：载荷数据未经卡尔曼最优估计算法处理之前，截割煤壁与截割岩石状态下的载荷区间存在重合部分，无法准确完成煤岩识别；载荷数据经过卡尔曼最优估计算法处理后，空载、截割煤壁、截割岩石3种工况下的载荷区间相互分开，且各工况下的载荷区间长度缩短了65.6%～83.3%，均方差降低了66.5%～72.9%，数据波动更小，有效提高了数据的辨识度。
在实际工程应用中可根据该方法设定截割煤层状态时的期望载荷受力范围，一旦超出该范围，则判断此时不是截割煤壁状态，从而实现煤岩识别。
关键词：采煤机；煤岩识别；摇臂销轴；卡尔曼最优估计；载荷区间；截割煤壁；截割岩石中图分类号：TD421 文献标志码：ACoal and rock identification method based on Kalman optimal estimation of load data ofrocker arm pin axle of shearerSHI Guangliang 1, YU Rui 1, WANG Haiyan 1, GE Jinming 2, ZHANG Shengtao 2(1. China Coal Huajin Group Co., Ltd., Taiyuan 030002, China ； 2. College of Mechanical Engineering,Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China)Abstract : The shearer's coal and rock identification technology is the basis of intelligent control. The existing coal and rock identification method for the site environment and testing equipment requirements are higher. The actual fully mechanized working face is difficult to meet the necessary conditions. In order to solve the above problems, a coal and rock identification method based on the Kalman optimal estimation of the shearer rocker pin axle load data is proposed. On the basis of not increasing external auxiliary instruments and equipment,the rocker pin axle sensor is used to replace the existing pin axle to sense the coal and rock load, which can better收稿日期：2022-06-26；修回日期：2022-12-20；责任编辑：王晖，郑海霞。
采煤机摇臂数值模拟优化研究
第9期2019年9月No.9Sep.2019山西焦煤科技Shanxi Coking Coal Science&Technology•试验研究•采煤机摇臂数值模拟优化研究李争春(西山煤电集团马兰矿，山西古交030053)摘要为了提升采煤机摇臂的强度和降低摇臂的质量，分析了采煤机摇臂敏感度，得到了对采煤机摇臂质量、摇臂的最大等效应力和摇臂的最大等效位移影响最大的目标参数，并采用了增加壁厚和降低摇臂的箱体厚度的方法，通过数值模拟软件对优化结果进行分析，得到优化后的摇臂等效应力的应力集中区域明显更大，应力的的分布更加均匀，优化后的最大等效应力降低了14%,有效提升了摇臂的强度。
关键词采煤机摇臂；灵敏度分析；摇臂质量；最大等效应力；最大等效位移中图分类号：TD421.6M文献标识码：A文章编号：1672-0652(2019)09-0046-03采煤机作为矿山开采的主要开采设备，承担着矿山生产的经济命脉，但由于开采环境的复杂性，许多采煤机的零件承受不住过高载荷发生了磨损严重甚至折断的情况，摇臂作为采煤机的重要组成部分比其他部件承受的载荷更大,所以采煤机摇臂的刚度和强度在一定程度上决定了采煤机的工作性能。
此前许多学者对采煤机摇臂进行了研究和分析，李曼等⑴基于巨磁阻效应设计了采煤机摇臂的角度传感器，为采煤机实际工况下的角度测量提供了方法，解决了采煤机自动调高系统的缺陷。
李磊等⑵结合采煤机的实际工况对采煤机的摇臂进行了分析和研究，发现摇臂上的齿轮传动箱和电动机仓相交处与行星头部和齿轮传动箱相交处应力集中，设计时应当充分考虑。
张义民等⑶以MG300/700-WD型采煤机为研究对象，利用matlab软件对传动系统进行分析，对采煤机传动系统的可靠性进行优化设计，且证明了其实用性与可靠性。
韩玉龙⑷对单个齿轮建立了物理模型，分析了齿轮的失效形式和故障分析，得到了采煤机摇臂的齿轮振动故障失效方式，为优化开采提供了指导。
采煤机摇臂传动系统可靠性稳健优化设计
采煤机摇臂传动系统可靠性稳健优化设计张义民;黄婧;朱丽莎;王婷【摘要】采煤机摇臂传动系统为采煤机的关键动力传递部件.以MG300/700-WD 型采煤机摇臂传动系统为研究对象,根据实际工况建立了系统的有限元模型,利用Matlab软件对传动系统进行了非线性动力学特性分析,得到了系统危险部位的应力谱.在此基础上对摇臂传动系统进行了疲劳分析,建立了摇臂传动系统疲劳寿命可靠性模型.依据可靠性理论,采用四阶矩法对摇臂传动系统进行可靠性及可靠性灵敏度分析,分析了系统结构参数对系统可靠性的影响程度.对于摇臂传动系统疲劳寿命敏感的结构参数,进行了可靠性稳健优化设计,与单目标优化方法进行对比,并针对优化结果使用蒙特卡洛模拟的方法对可靠性进行了验证.结果表明,对采煤机摇臂传动系统进行可靠性稳健优化设计是一种实用、有效的方法.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2015(040)011【总页数】6页(P2540-2545)【关键词】采煤机;传动系统;可靠性;稳健优化设计;摇臂【作者】张义民;黄婧;朱丽莎;王婷【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TD421.6采煤机是机械化采煤的主要设备[1]，而摇臂传动系统是采煤机截割煤岩过程中重要的动力传递部件，并且受到越来越多的学者关注。
赵丽娟[2]采用虚拟样机技术对采煤机截割部进行了动力学仿真研究。
王想等[3]根据采煤机截割部本身存在的缺陷和使用的不便性对其结构进行了改进。
由于采煤机的工作环境恶劣，摇臂传动系统常常会因为过载或振动而损坏。
因此，对采煤机摇臂传动系统进行可靠性稳健优化设计以改善其工作可靠性是十分必要的。
随着可靠性理论与优化设计思想的结合，大部分文献从将“齿轮体积最小化”作为设计目标进行优化发展到采用可靠性理论与多目标优化相结合的方式对齿轮箱进行优化设计。
浅析采煤机摇臂轴承故障诊断技术
浅析采煤机摇臂轴承故障诊断技术刘建雄【摘要】摇臂是采煤机的重要组成部分,其能否进行正常工作对于采煤机具有十分重要的现实意义.但是矿井中的工作环境非常恶劣,这就给采煤机摇臂的正常工作造成了不利的影响,因此,摇臂也是采煤机故障率最高的部分,其故障占到采煤机总故障的30％～40％.为了有效提高采煤机的故障诊断效率,就要采取适宜的诊断技术,进而为采煤机摇臂的正常工作提供可靠的保障.对采煤机摇臂的结构、摇臂轴承的故障特征频率和计算进行了比较详细的介绍,在此基础上,提出了采煤机摇臂轴承故障诊断技术,对于从事相关工作的技术人员具有一定的借鉴意义.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2018(047)004【总页数】3页(P185-187)【关键词】采煤机;摇臂轴承;故障诊断【作者】刘建雄【作者单位】霍州煤电集团晋北煤业有限公司,山西忻州 035100【正文语种】中文【中图分类】TD420 前言煤炭在我国的能源结构中占有十分重要的地位，每年都要消耗大量的煤炭，因此，矿井的生产规模越来越大，井下所采用的各种机械设备技术含量也是逐年升高，由于设备的复杂程度较高，再加上恶劣工作环境的不利影响，这就在一定程度上降低了设备平稳运行的概率。
采煤机是井下煤炭开采的关键设备，其中综合了机械、液压以及电子等多种技术。
采煤机的摇臂一旦发生故障就会导致整个回采作业面发生瘫痪，从而影响井下正常的生产作业。
因此，要结合采煤机工作的实际情况，采取科学合理的故障诊断技术，进而确保整个生产过程的顺利进行。
1 采煤机摇臂结构分析采煤机可以分为四部分，即切割部、电动机、牵引部以及辅助装置。
其中，摇臂属于切割部。
切割部主要用于截煤和装煤作业中，其主要组成部分有：切割电动机、摇臂减速箱、内外喷雾系统以及割煤滚筒等，采煤机摇臂轮箱可以分为行星轮减速和直齿轮减速。
2 采煤机摇臂轴承的故障特征频率滚动轴承是采煤机的重要组成部分，其能否正常工作对于维持采煤机的平稳运行具有十分重要的现实意义。
采煤机摇臂行星机构位置磨损后加工工艺的改进
采煤机摇臂行星机构位置磨损后加工工艺的改进孙 伟,黄元庭(盘江煤电集团公司机电分公司,贵州盘县553536)摘要:通过对采煤机结构的分析,提出一种合理的加工工艺方案,使问题得到快速、有效的解决。
关键词:采煤机摇臂;磨损;镶套中图分类号:TG421 6 文献标志码:B 文章编号:1003 0794(2007)10 0161 02After Rocker Arm Planet Organization Location Wears Coal MiningMachine Away Process Handicraft ImprovementSU N Wei ,HUANG Yuan -ting(Mechanical and Electrical Branch of Panjiang Coal &Power Co.,Ltd.,Panxian 553536,China)Abstract :Coal mining machine is architectural by the pair analysis,brings forward one kind of the scheme processing handicraft rationally ,makes a problem get the fleetness ,effec tive solving.Key words :rocker ar m of coal mining machine;wears;inlays cover 0 概述MXG350采煤机系多电机驱动,截割电机横向布置全液压恒功率自动调速的无链双驱动牵引采煤机,适合于盘江煤电集团公司煤层倾斜、中厚或较厚、煤层中硬或较硬的地质构造条件,在使用过程中,遇有夹矸等坚硬物煤层,对采煤机摇臂行星机构损伤特别大,大大降低了井下出煤量,严重影响生产,短时间内修复好该位置,成为采煤的关键。
1 故障的发生MXG350采煤机摇臂由壳体、电机齿轮组、惰轮组、离合器齿轮组、齿轮组、中心齿轮组、行星机构组成,在行星机构与摇臂壳体接合处,由一盘NJ244轴承支撑,在采煤机遇到矸石坚硬物煤层,行星机构在滚筒旋转力的作用下,跳动特别大,在轴向和径向不均衡力的作用下,NJ244轴承极易损坏,损坏的细碎物及散落的滚珠在齿轮转动的带动下滚动挤压,将摇臂壳体内孔磨损(见图1),已不可能在检修时进行装配,必须对该位置进行加工处理才能再次装配。
采煤机摇臂虚拟样机及其动力学分析_廉自生
F z = 743 kN. 在摇臂 M ark4 点施加阶跃负载: F step ( t im e, 0, 0, 0 1, 1), 进行 仿真, 仿真 时间为
20 s, 仿真步长 200. 通过仿真可以得到铰接点的受力曲线及柔性摇臂上各个节点的变形曲线, 本文取摇
臂质心的变形曲线. 摇臂与牵引部及液压系统铰接点受力如图 6所示, 曲线标号对应柔性体上外部联接点
] T, 则柔性体广义坐标 = [X T, T, qT ] T, 柔性体上节
点的速度 vP = [ I - GA B SP + P q B + G A B P ] (B 为欧 拉角对时间求一阶导数变为角速度的转换矩阵 ), 柔性体
动能 T =
1 2
TM(
) , 柔性体势能 V = Vg (
)+
1 2
^
M,
^
K 的自由度远小于 M,
K,
原系统被减缩.
qI, qB为对应于主 以上就是 Cra ig 固
定界面子结构法. 通过上述方法可以降低柔性体上节点的自由度.
2 虚拟样机的几何模型
2 1 几何模型
ADAM S分析功能强大, 建模功能相对较弱. 因此, ADAM S软件构筑采煤机摇臂虚拟样机, 选择专业 建模软件 UG 建立其几何模型. 模型作如下简化 [ 4] : ① 存在柔性体, 考虑到分析问题的复杂性, 简化摇
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Ｄ ｉ １ ． ９ ９ ｉｉｓ ． ０ ９ １ ４ ２ １ ． １ 下 ） ４ ｏ ： ３ ６ ／ ． ｎ １ ０ －０ ． ０ １ １ （ ． ２ ０ ｓ ３
下 的铰 接力 曲线 。
Ｏｕ ｍｏ ｉ ｇ Ｈｅ ｘｎ
匐 化
小 于该 屈 服 强 度。 可见 破碎 摇 臂存 在 过设 计现 象 ，
有 必要 对其 进行 优化 。
１
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图５ 破 碎 摇 臂 应 力云 图
Ｔｍ （ ｃ ｉｅ ｓ ） ｅ
收 稿 日期 ：２ １－ ８ ０ ０１ ０－ ７ 图２ 破 碎 装 置 虚 拟 样 机 模 型
２ 破碎装置 多体 动力学分析
应 用 图 ２所 示 虚拟 样 机 模 型 对 破 碎 装 置 进 行 多体 动 力学 分 析 ，以 确 定破 碎 摇 臂 各 部 位 的 受 力
基金项 目：国家 “ 十一五”科技支撑计划项 目重点课题资助（０ ７ Ｂ１Ｂ １０ ） ２０ ＢＡ ３ ０ —２ 作者 简介 ：张克斌 （９ ３ １６ 一），男，山西太谷人 ，工学硕士 ，研究方 向为冶金铸造。 ［３ ］ 第３ 卷 １ ６ ３ 第 １期 １ ２ １ —１ （ ） ０１ １下
臂进 行优化 设 计 。
图 １ 破 碎 装 置 三 维 实 体 装 配 模 型
本 文 通过 对 某 采煤 机 破 碎 装置 进 行 虚 拟 样 机 分 析 ，得 到 了作 用在 摇 臂 各 部 位 的载 荷 ，在 此基
础 上 ，应用 有 限 元方 法 对 破 碎 摇 臂 进 行 了 结 构 强 度分 析 ，并对 其进 行 了优化 。
务ｌ 匐 化
采煤机破碎摇臂Ｃ Ｅ Ａ 分析与优化 设计
Ａ ｎ ｙ ｓ ａｎ ａｌ ｓｉ ｄ ｏｐｔｍ ｉ ａ ｉ ｉｈ ＣＡ Ｅ ｏｒｒ ｉ ｚ ｔｏｎ ｗ ｔ ｆ ａｎｇｉ ｍ ｈ ｃｒ ｎｇ ａｒ ｏｆｔ ｅ ｕｓｈ ｆ ｓ ｅｒｏ ｈｅａｒ ｅｒ
０ 引言
采 煤机 破 碎 装 置 的任 务 是破 碎 采煤 机 截 割 落
下 的 大 块 煤 ， 以保 证 落 下 的 煤 炭 顺 利 运 出 采 煤 工
作 面 。 采煤 机 破 碎 装置 主 要 由破 碎 滚 筒 、 传 动 系 统 、破 碎 摇 臂 、破 碎 电机 及 调 高 油 缸 组 成 ，其 中 破 碎 摇 臂 主 要 用 来 支撑 破 碎 滚筒 并 通 过 调 高 油 缸
析的基础 上对其进 行优 化设计 。
本文 通过对某采煤 机破碎装置进 行虚拟样机分 析 ，得到 了作 用在摇臂各 部位 的载荷 ，在此基 础上 ，应用有 限元方法对破碎 摇臂进行 了结 构强度分析 ，并对其进行 了优 化 ，使破碎摇 臂实
现 了轻量化 。
关键词 ：采煤机 ；破碎摇臂 ；Ｃ ＡＥ；优化
调 节破 碎 滚 筒 的工 作高 度 。破 碎 装置 工作 过 程 中 ，
破 碎 摇 臂 除 了承 受 破 碎 滚 筒 的 重 力 外 ，还 承 受 破 碎 滚 筒 传 递 来 的 破 碎 冲 击 力 以及 铰 接 处 的冲 击 反 力 ，受 载 条 件 较 为 苛 刻 。为 了保 证 破 碎 摇 臂 工 作 的 可 靠性 ，通 常 都 存 在 着 过 设 计 现 象 。 因此 有 必 要 在保 证 足够 强 度 和可 靠 性 的 前 提 下 ，对 破 碎 摇
、 ｌ
情 况 。 在 对 破 碎 装 置 进 行 多 体 动 力学 分 析 时 ，考
虑 了调 高 油 缸 缸 筒 中 油 液 压 缩 性 及 阻 尼 的影 响 ， 并 分 别 针 对 摇 臂 为 刚 体 和 弹 性 体 两 种 情 况 进 行 了 对 比分 析 ，得 出 了破 碎 摇 臂 的 受 力 情 况 。 图 ３所 示 为 破 碎 摇 臂 与 主 机 架 之 间 的铰 接 力 曲线 ，其 中 曲线 １ 、２分 别为 把 摇臂 视 为 刚性 体 与 柔性 体 条 件
张克斌 ，杨兆建 ，王义亮 。 一
Ｚ ＡＮ Ｋ — ｉ’。 Ａ ｈ ｏ ｉｎ一 ＷＡ ｉｉｎ １ Ｈ Ｇ ｅ ｂｎ一 Ｙ ＮＧ Ｚ ａ ￣ａ 。 ． ＮＧ Ｙ—ａ ｇ ， ｌ ２
（． １ 太原理工大学 机械 工程 学院 ，太原 ０ ０ ２ ；２ 山西省矿山机械Ｃ Ｅ ３０４ ． Ａ 工程技术研究 中心 ，太原 ０ ０ ２ ） ３ ０ ４
摘
要 ： 采煤机破 碎摇臂是大功 率采 煤机的主 要结构件之 一 ，采煤机工作过 程中破碎摇臂 承受着复杂
多变的冲 击载荷 ，破碎 摇臂设计 的合 理性和可靠性 直接关系着采煤 机运行的 可靠性。为 了保
证破碎摇 臂具有足够 的强度 ，传 统设 计中总是把 其结构尺 寸设计 得尽可 能偏 大 ，无谓地增大 其重 ，存在着严重 的过设计现象 。因此 ，有必要应 用Ｃ 技 术对破碎摇臂 进行结构强度分 ＡＥ
１ 模型建立
应 用 ＵＧ Ｎｘ软 件建 立 破 碎装 置 各零 件 的三 维 实体 模型 ，然后建 立其三维 装配模型 ，如 图 １ 所示 。 把 破 碎 装 置 的 三 维 装 配 模 型 导 入 ＭＳ ． Ｃ ＡＤ ＡＭＳ软件 环境 并 定义约 束副 和运 动副 ，建 立 了 破 碎 装置 的虚拟 样机 模型 ，如 图 ２所示 。
图 ３ 破 碎 摇 臂 与机 架 之 间 的 铰 接 力 曲线
３ ． ２破碎摇臂优化设计 应用 Ｕ 软件 中的表达 式工具 建立 破碎摇 臂 的 Ｇ 参数 化模型 ，将 对摇 臂重量 影响较 大 的几何参数 作
为设 计变量 、摇 臂重量 最小 为优化 目标 ，约束 条件