1、薄煤層采煤機單輪行走箱導向滑靴的結構設計與分析王力，趙友軍，李鈺( 西安煤礦機械有限公司，陜西 西安 710032)摘 要:針對薄煤層采煤機單輪行走箱分體式導向滑靴存在的問題，進行整體式導向滑靴結構改進設計，并采用有限元分析方法對其進行靜強度和疲勞強度分析。仿真結果表明整體式導向滑靴滿足刮板輸送機溜槽水平彎曲 1，垂直彎曲 3的設計要求。滑靴雙耳薄弱處最大應力遠小于屈服 極限，安全系數 1 983，疲勞壽命顯著提高，現場實際使用情況進一步驗證改進結構的合理性。關鍵詞:采煤機; 導向滑靴; 疲勞分析中圖分類號: td421 6 + 1文獻標識碼: b文章編號: 1001 0874( 2012)

2、06 0078 03structure design analysis of guide-slipper on single wheelwalking box for thin seam shearerwang li，zhang you-jun，li yu( xian coal ming machinery co ，ltd，xian 710032，china)aiming at the existing problems of guide-slipper on single wheel walking box for thin seam shearer，theabstract:structur

3、e of integrated guide-slipper is improved its static and fatigue strength are calculated by fea method thesimulation result shows that the integrated guide-slipper meets the design requirements of 1 horizontal bending and3 vertical bending per linepan of scraper conveyor the maximum stress in the re

4、gion of double-ear root of the shipper is far less than the yield limit and the safety factor is about 1 983 the fatigue life is significantly increased the in-site operation proved the reasonableness of the improved constructurekeywords:shearer; guided slipper; fatigue analysis0引言1導向滑靴結構設計目前，我國煤礦采用

5、薄煤層采煤機開采已越來越普遍，薄煤層采煤機導向滑靴的可靠性直接關系 到煤礦安全生產效率和生產進度。保證導向滑靴與 齒軌配合的合理性非常重要。在功率不斷提高及結構尺寸要求緊湊的條件 下，薄煤層采煤機單輪行走箱導向滑靴目前采取分 體式和整體式兩種結構。分體式導向滑靴能較好滿 足行走箱結構的設計要求，但對運輸機水平和垂直 彎曲的適應性差。本文探討整體式導向滑靴的改進 設計，采用有限元法分析其結構強度1，獲得導向 滑靴的應力分布規律，并計算疲勞壽命和疲勞應力， 以驗證改進設計后，整體式導向滑靴能否滿足設計 要求。0 角的確定由于具體地質條件及環境影響，采煤機運行過 程中工作面輸送機溜槽需要一定的水平彎

6、曲和垂直 彎曲2。中部溜槽偏轉角 和采煤機機身與第一 節水平中部溜槽的偏轉角 0 ，是確定導向滑靴水平 內偏轉間隙及結構參數的主要依據。 當 l l0 nl，n = 2，3，4，水平和垂直彎曲關系式分別為:n 11 1l0 cos 0 = lcos( i)i = 1n 1h = lsin( i)i = 1( 1)( 2)= h( 3)sin 0l0整理得:煤礦機電2012 年第 6 期79sin 0 cos( n) cos 0 sin( n)=1 2 + ( l1 l2 ) tan 0 + 2hn 1n 1 arcsin l sin( i) l2 0 tan0+ hcoscos( i)l022

7、 22i = 1i = 1n 1n 10 = n arcsin l l sin( i) i = 1( 4)式中: b、h齒軌、導向滑靴制造誤差及齒軌接縫處安裝偏差; b、h滑靴錐口的附加尺寸; b1 、b2 導向滑靴內寬、錐口寬度; cos( i)i = 10若 4ll0 nl，n = 5，6，7 時，類似有:l0 cos 0 = lcos( i) + lcos( 8 i) +4n 1l 、l 導向滑靴總長度、導向長度;12改進后整體式導向滑靴實現輸送機水平彎曲1，垂直彎曲 3的設計要求，提高了工作適應性。i = 1xcos( 8 n ) i = 5( 5)4n 1h = lsin( i) +

8、 lsin( 8 i) +xsin( 8 n) i = 1i = 5( 6)0 = ( 8 n) arcsin l sin( 8 n) l04n 1( cos( i) + cos( 8 i) ( a)導向滑靴寬度結構尺寸i = 1i = 54cos( 8 n) ( sin( i)+i = 1n 1sin( 8 i) ) ) ( 7)i = 5式中: l單節溜槽長度;l0 兩個導向滑靴中心距離; 0 采煤機機身與第一節偏轉水平溜槽間 的偏轉角;每節中部溜槽相對偏轉角;1 2 導向滑靴結構尺寸 導向滑靴的結構尺寸主要取決于彎曲段溜槽齒軌的最大轉折處，即由直線段進入彎曲段的接點位 置。分體式導向滑靴

9、由于右側片與行走箱固定，不 能適應運輸機的水平、垂直彎曲變化。在實際應用 過程中，頻繁出現齒軌輪嚴重磨損、掰齒及導向滑靴 斷裂等問題。一味加大滑靴內寬或錐口寬度又無法 實現導向功能。為了保證整體式導向滑靴順利越過 溜槽齒軌的對接和彎曲段及溜槽轉折處。導向滑靴 寬度尺寸應滿足以下條件( 圖 1) :2 = b + 2b1 2 + ( l2 l1 ) sin 0 + 2b( b)圖 1導向滑靴高度結構尺寸導向滑靴結構示意圖2導向滑靴的有限元分析導向滑靴靜強度分析應用 solidworks 完成導向滑靴三維建模并劃分 網格，得 到導向滑靴有限元模 型。 在 solidworks cosmosm 模塊

10、進行靜強度分析，將目標工作狀態 設定為水平行走狀態，根據導向滑靴材料屬性，定義 彈性模量為 200 gpa，泊松比 0 3，屈服強度和抗拉 強度分別為 835 mpa 和 980 mpa。在導向滑靴兩個 耳孔內孔位置施加固定約束，依據動力學模型下導2 14向滑靴受力接觸區域施加載荷 ，由求解器求得應力應變云圖( 圖 2) 。仿真結果表明: b 2 l1 tan 0 + cos 1)導向滑靴兩個耳孔處應力值最大，mises 應0為保障導向滑靴圍繞水平軸線相對擺動一定角度，導向滑靴在高度方向尺寸應滿足以下條件:2 = h + 2h力 max = 445 352 mpa，其次是導向滑靴的底部勾槽處。

11、導向滑靴容易在這些部位發生損壞和斷裂，應 予加強。煤礦機電802012 年第 6 期2) 由于整體式導向滑靴左右兩耳孔大小不一，小耳孔連接主體結構圓弧過渡處應力應變值均比大 耳孔圓弧連接處大。3) 目標工作狀態 下，導 向 滑 靴 最 大 應 力 為445 352 mpa 小于材料的屈服極限 s = 835 mpa，所 以整體式導向滑靴的設計是安全的。( b) 導向滑靴安全系數圖解圖 3 導向滑靴生命周期圖解、安全系數圖解106 次。右耳根部疲勞壽命最小，損壞率為1 5% ，安全系數為 1 983，能基本滿足采煤機易損件設計 要求。現場使用情況表明整體式導向滑靴使用性能 和使用壽命較分體式導向

12、滑靴有明顯改善4，5。3 結論( a)導向滑靴應力云圖本文在分體式導向滑靴結構基礎上，改進整體式導向滑靴設計，實現水平彎曲 1和垂直彎曲 3的 設計要求，采用有限元分析手段計算在正常工況條 件下整體式導向滑靴靜強度和疲勞強度。仿真結果 表明導向滑靴兩耳孔處容易出現應力集中，是整體 結構的危險部位。且由于左右耳孔尺寸存在差異，最大應力 出 現 在 右 側 耳 孔 處，其 最 大 應 力 max=( b) 導向滑靴應變云圖圖 2 導向滑靴應力應變云圖445 352 mpa 小于材料屈服極限 s = 835 mpa。同時導向滑靴經循環加載后，最小疲勞壽命出現在右 耳根部，最小疲勞壽命 13 669

13、次，最大疲勞壽命 1 106 次，安全系數 1 983，完全滿足設計要求。改進后的整體導向滑靴不但滿足生產要求，而且大大提 高了開機率和整機可靠性，降低了配件成本，創造了 一定的經濟效益。參考文獻:2 2 導向滑靴疲勞強度分析導向滑靴的主要失效形式為疲勞斷裂、疲勞磨 損。本文 在靜強度分析基礎 上，應 用 solidworks cosmos 疲勞分析模塊依據線性累計損傷疲勞理 論3，對導向滑靴進行疲勞強度分析，分析結果如 圖 3 所示。目標工作狀態下，導向滑靴經過 1 000 次承載 循環后，最小生命周期 13 669 次，最大生命周期 1 1李鐵軍 采煤機牽引部傳動系統動態特性研究d 太原: 太原理工大學，2005劉春生 滾筒式采煤機理論設計基礎m 徐州: 中國礦業大 學出版社，2003趙永翔 基于應變疲勞可靠性分析的新方法j 機械工業學 報，2002，38( 1)