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進(jìn)入21世紀(jì)以后，煤礦機(jī)械裝備得到了空前發(fā)展，重型和超重型設(shè)備在井下工作面得到了廣泛應(yīng)用。采煤機(jī)的最大采高已經(jīng)突破7m，裝機(jī)功率超過(guò)了2500kW，牽引力超過(guò)了1330kN。如此大功率的采煤機(jī)，對(duì)為其提供軌道的刮板輸送機(jī)也提出了更高的要求。刮板輸送機(jī)齒軌與采煤機(jī)行走輪的嚙合為采煤機(jī)提供牽引力。目前，齒軌按其節(jié)距主要分為125.5mm，126mm，147mm，172mm四種，按其制造工藝分為鍛造齒軌和鑄造齒軌。其中，125.5mm和126mm五節(jié)距的齒軌應(yīng)用在槽長(zhǎng)為1.5m的中部槽上，125.5mm節(jié)距齒軌主要是鑄造齒軌，而126mm節(jié)距齒軌按照使用條件，既有鍛造齒軌也有鑄造齒軌。147mm五節(jié)距齒軌應(yīng)用在1.75m槽長(zhǎng)的中部槽上，一般為鍛造齒軌，該規(guī)格齒軌也是目前絕大多數(shù)大功率采煤機(jī)配套使用的牽引齒軌。172mm五節(jié)距齒軌應(yīng)用在2.05m槽長(zhǎng)的中部槽上，目前在國(guó)內(nèi)使用的范圍不廣，僅是配套7m及7m以上液壓支架時(shí)，中部槽的槽長(zhǎng)才可能達(dá)到2050mm。本次強(qiáng)度分析研究對(duì)象是與大功率采煤機(jī)配套使用最為廣泛的齒軌，即147mm節(jié)距鍛造齒軌。
齒軌與采煤機(jī)行走輪的嚙合類似于齒輪齒條的嚙合，齒軌對(duì)應(yīng)齒條，行走輪對(duì)應(yīng)齒輪。一般齒軌的齒形為準(zhǔn)漸開線型式，是由多段圓弧包絡(luò)，外形接近于標(biāo)準(zhǔn)漸開線曲線。這樣既能降低齒軌的制造難度，又能保證齒軌與采煤機(jī)行走輪的嚙合。通常齒軌是固定在溜槽的齒軌座上，齒軌與齒軌座的固定是通過(guò)齒軌銷軸聯(lián)接，如圖所示。在該種固定方式下，齒軌工作時(shí)，主要承受采煤機(jī)行走輪的牽引力F，采煤機(jī)自身的重力以及齒軌銷提供的支撐力N，如圖所示。
(1)創(chuàng)建FEM和仿真齒軌模型完成后，進(jìn)入U(xiǎn)G的高級(jí)仿真模塊，新建FEM和仿真，求解器選用NX NASTRAN。之后UG自動(dòng)生成*.prt，*.fem和*.sim文件。*.prt是用來(lái)分析前模型預(yù)處理的，*.fem是用來(lái)給預(yù)處理后的模型網(wǎng)格劃分、賦予模型材質(zhì)及其機(jī)械性能參數(shù)的，*.sim是用來(lái)給網(wǎng)格劃分后的模型施加載荷和約束的。
(2)預(yù)處理預(yù)處理主要是在分析之前，略去對(duì)有限元分析結(jié)果不造成較大影響的特征，簡(jiǎn)化模型，如：去掉小的圓角、倒角。或者為了方便載荷與約束的添加分割模型表面等。齒軌的每個(gè)齒形都是主要的承力單元，所以其周圍的圓角至關(guān)重要，不能予以簡(jiǎn)化，與齒軌銷聯(lián)接的孔周圍倒角能夠很大程度上改善孔受力時(shí)的應(yīng)力集中，因此也不能予以簡(jiǎn)化。除此之外，其他圓角或倒角可以適當(dāng)簡(jiǎn)化。然后給模型賦予材質(zhì)及其機(jī)械性能參數(shù)。
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