采煤機扭矩軸的扭斷和扭轉(zhuǎn)特性研究.pdf

1、扭矩軸是采煤機截割部傳動系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，通過扭矩軸兩端的漸開線花鍵將機械傳動系統(tǒng)與電機連接起來，其具有傳遞動力、彈性緩沖和過載保護的作用。然而，在實際工況中，扭矩軸經(jīng)常出現(xiàn)過載而未斷裂或提前斷裂的情況，不能起到保護電機和發(fā)揮各傳動件強度的作用，嚴重影響煤礦安全高效生產(chǎn)。扭矩軸采用靜強度設(shè)計方法，在實際工況中，扭矩軸通常是在瞬態(tài)沖擊下扭斷的，理論設(shè)計與實際工況不符，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，國內(nèi)尚沒有行之有效的扭矩軸設(shè)計方法，扭斷試驗研究還存在空白。
　　為解決上述問題，以MG500/1180-WD型采煤機扭矩軸為研究對象，采用理論計算、計算機仿真與扭斷試驗相結(jié)合的研究方法，應(yīng)用Pro/E和ANSYS Workbench軟件對扭矩軸建模和仿真，進行靜力學和瞬態(tài)動力學分析。建立采煤機截割部動力學模型，采用MATLAB/SIMULINK軟件仿真得出截割電機動態(tài)響應(yīng)曲線，確定合理的瞬態(tài)沖擊加載時間。通過扭斷試驗測得

3、扭矩軸靜態(tài)扭斷時的扭矩和扭轉(zhuǎn)角，對扭矩軸的化學成分含量、力學性能及金相組織進行了分析。當扭矩軸采用靜扭轉(zhuǎn)屈服強度設(shè)計時，對屈服扭矩相同，材料為40Cr和42CrMo的兩根扭矩軸的斷裂扭矩進行了對比分析。在瞬態(tài)動力學分析中，研究不同瞬態(tài)沖擊時間下，扭矩軸的有效扭轉(zhuǎn)長度對其扭轉(zhuǎn)特性的影響。
　　研究表明：當MG500/1180-WD型采煤機滾筒受到階躍載荷時，截割電機的動態(tài)響應(yīng)時間為0.035s。靜態(tài)扭斷試驗測得的斷裂扭矩是理論計算的

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