採煤機截割部傳動部件的設計方法及系統的製作方法
2023-09-22 23:24:30 1
採煤機截割部傳動部件的設計方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種採煤機截割部傳動部件的設計方法及系統，該設計方法包括：獨立設計截割部傳動部件，形成截割部的初步設計方案；根據所述截割部的初步設計方案建立截割部初步的三維模型；獲取所述截割部的各工況的載荷譜，並設置所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數，得到截割部模型；依據所述各工況的載荷譜，分析在各工況在運行時所述截割部模型的性能評價參數，並根據所述性能評價參數的分析結果優化所述各截割部傳動部件中至少一個的參數，得到截割部的最終設計方案。本發明提供的採煤機截割部傳動部件的設計方法能減少採煤機截割部傳動齒輪的嚙合衝擊，改善傳動部件的載荷分布，減小振動和噪聲。
【專利說明】採煤機截割部傳動部件的設計方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及採煤機截割部領域，特別涉及一種採煤機截割部傳動部件的設計方法及系統。
【背景技術】
[0002]截割部是採煤機的關鍵部件，其消耗的功率約佔採煤機裝機功率的80%左右，採煤機在工作過程中，截齒只要截入煤壁，就要受到截割阻力和牽引阻力，順序式排列的滾筒截齒還要受到側向力，此外還有作用於螺旋葉片上的裝煤反力等的多重作用，而在採煤機切入煤壁的過程中，滾筒還將受到一個附加的軸向力，且截割部屬於懸臂式齒輪箱，這種多重力的作用會導致截割部殼體變形。另外由於煤礦地質條件的變化，工作過程中受到外部載荷頻繁變化。目前，採煤機截割部傳動部件的設計手段落後，且傳動系統中關鍵部件齒輪、軸承及殼體分離設計，設計流程如圖1所示，其中，在分析殼體時的「否」分支指有限元分析顯示殼體應力及應變過大需重新進行結構設計，「是」分支指應力及應變合適滿足設計需求；在分析軸系齒輪時的「否」分支指齒面接觸強度及齒根彎曲強度中任一參數不滿足要求，需重新調整齒輪參數，「是」是指以上兩計算結果滿足設計需求；在分析軸系軸承處的「否」分支指軸承壽命計算之後不能滿足設計要求需重新選型；「是」分支指軸承壽命滿足設計需求；在分析連接件處的「否」指連接件強度不足需重新設計；「是」分支指連接件強度滿足要求。依據圖1所示的設計方法設計的傳動零部件在出廠試驗過程中發現故障率高，噪聲大，溫升快，無法滿足煤機傳動系統的設計要求。
【發明內容】
[0003]有鑑於此，本發明提出一種車輛及其負載測量系統，以減少採煤機截割部傳動齒輪的哨合衝擊，改善傳動部件的載荷分布，進而減小振動和噪聲。
[0004]一方面，本發明提供了一種採煤機截割部傳動部件的設計方法，包括:獨立設計截割部傳動部件，形成截割部的初步設計方案；根據所述截割部的初步設計方案建立截割部初步的三維模型；獲取所述截割部的各工況的載荷譜，並設置所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數，得到截割部模型；依據所述各工況的載荷譜，分析在各工況在運行時所述截割部模型的性能評價參數，並根據所述性能評價參數的分析結果優化所述各截割部傳動部件中至少一個的參數，得到截割部的最終設計方案。
[0005]進一步地，所述截割部傳動部件包括中的齒輪、軸承、殼體以及連接件。
[0006]進一步地，所述設置所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數的步驟包括:設置所述齒輪及軸承的材料性能及幾何尺寸；設置所述初步的三維模型中的網格及裝配連接；設置所述殼體的約束條件。
[0007]進一步地，所述分析所述截割部模型在各工況在運行時的性能評價參數的步驟包括:分析在各運行工況時所述截割部模型的系統變形；和/或；分析在各運行工況時所述截割部傳動部件的應力及錯位量。
[0008]進一步地，所述分析所述截割部模型在各工況在運行時的性能評價參數的步驟還包括:分析在各運行工況時所述齒輪的接觸及彎曲強度；和/或；分析在各運行工況時所述軸承的壽命及其滾子的受載情況。
[0009]進一步地，所述系統變形包括:傳動部件整體的軸系變形及所述殼體的變形；所述截割部傳動部件的應力包括所述齒輪的齒面接觸應力以及所述軸承的接觸應力；和/或；所述截割部傳動部件的錯位量包括所述軸承的錯位量。
[0010]另一方面，本發明提供了一種採煤機截割部傳動部件的設計系統，包括:預處理模塊，用於獨立設計截割部傳動部件，形成截割部的初步設計方案；建模模塊，根據所述截割部的初步設計方案建立截割部初步的三維模型；獲取所述截割部的各工況的載荷譜，並設置所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數，得到截割部模型；處理模塊，用於依據所述各工況的載荷譜，分析在各工況在運行時所述截割部模型的性能評價參數，並根據所述性能評價參數的分析結果優化所述各截割部傳動部件中至少一個的參數，得到截割部的最終設計方案。
[0011]進一步地，所述處理模塊包括第一分析單元，用於依據所述各工況的載荷譜，分析在各運行工況時所述截割部模型的系統變形；和/或；分析在各運行工況時所述截割部傳動部件的應力及錯位量。
[0012]進一步地，所述處理模塊包括第二分析單元，用於依據所述各工況的載荷譜，分析在各運行工況時所述截割部傳動部件中齒輪的接觸及彎曲強度；和/或；分析在各運行工況時所述截割部傳動部件中軸承的壽命及其滾子的受載情況。
[0013]進一步地，所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數包括:所述截割部傳動部件中齒輪及軸承的材料性能及幾何尺寸、所述初步的三維模型中的網格及裝配連接以及所述截割部傳動部件中殼體的約束條件。
[0014]本發明採煤機截割部傳動部件的設計方法通過在採煤機截割部傳動部件的設計中引入載荷譜，考慮載荷變化對截割部傳動系統的影響，可定量分析傳動系統在全工況下的強度與壽命情況；並通過設置各截割部傳動部件的參數，並分析在各工況在運行時所述截割部模型的性能評價參數，即通過在採煤機截割部傳動系統的設計中引入系統性的設計，以實現系統性的分析截割部傳動部件間的相互影響，進而可對系統進行優化設計，有效改善傳動部件的載荷分布，有效減少採煤機截割部傳動齒輪的嚙合衝擊，且減小振動和噪聲。
[0015]該採煤機截割部傳動部件的設計系統為上述採煤機截割部傳動部件的設計方法對應的裝置，也具有相應的技術效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0017]圖1為現有割部傳動部件傳統的設計方法示意圖；
[0018]圖2為本發明實施例提供的採煤機截割部傳動部件的設計方法的示意圖；
[0019]圖3為本發明實施例提供的採煤機截割部傳動部件的設計系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本發明。
[0021]圖2為本發明實施例提供的採煤機截割部傳動部件的設計方法的示意圖；如圖2所示，本實施例採煤機截割部傳動部件的設計方法可以包括:
[0022]步驟201，按照圖1所示方法或其它現有的傳動設計方法，獨立設計截割部傳動部件，形成截割部的初步設計方案；其中，所述截割部傳動部件包括但不限於齒輪、軸承、殼體(也可稱為箱體)以及連接件；
[0023]步驟202，根據所述截割部的初步設計方案建立截割部初步的三維模型；
[0024]步驟203，獲取所述截割部的各工況的載荷譜，並設置所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數，得到截割部模型；具體操作時，載荷譜可通過仿真滾筒旋轉一周計算得到，也可根據類似機型的截割部在實際工作過程中記錄存儲的實際電流值換算得到；
[0025]其中，該設置所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數的步驟可以包括:
[0026]設置所述齒輪及軸承的材料性能及幾何尺寸(即結構)等其它相關信息；
[0027]設置所述初步的三維模型中的網格及裝配連接；
[0028]設置所述殼體的約束條件；
[0029]步驟204，依據所述各工況的載荷譜，分析在各工況在運行時所述截割部模型的性能評價參數；其具體可以包括:
[0030]分析在各運行工況時所述截割部模型的系統變形，其中，所述系統變形可以包括:傳動部件整體的軸系變形及所述殼體的變形；
[0031]分析在各運行工況時所述截割部傳動部件的應力及錯位量，其中，所述截割部傳動部件的應力可以包括所述齒輪的齒面接觸應力以及所述軸承的接觸應力；所述截割部傳動部件的錯位量包括所述軸承的錯位量和/或齒輪錯位量；
[0032]分析在各運行工況時所述齒輪的接觸及彎曲強度；和/或；
[0033]分析在各運行工況時所述軸承的壽命及其滾子的受載情況。
[0034]步驟205:根據所述性能評價參數的分析結果優化所述各截割部傳動部件中至少一個的參數，得到截割部的最終設計方案；具體過程舉例如下:
[0035]如在系統範圍內對齒輪進行分析，觀察齒輪接觸斑點(齒輪接觸斑點可有效反映齒輪間載荷的分布情況)，不合理時，通過對齒輪進行齒形和齒向修形，校正齒輪接觸效果；嚴重不合理，需改進齒輪系統，將誤差控制在可接受的範圍；由於對軸承載荷分布圖進行分析可以了解到軸承在運行過程中的承載區域，承載區域增大會使得更多的滾動體能夠承受載荷，從而降低單個滾動體承受的載荷，最終提高軸承的使用壽命，則分析時如果發現軸承的承載區域過小或軸承受力過大，可以通過提高軸承座結構強度減小軸承座的變形，較小的軸承座變形可以增加軸承的承載區域，或者通過改變傳動比分配減小此位置的載荷來改善此處軸承的受力情況。
[0036]本實施例通過在採煤機截割部傳動部件的設計中引入載荷譜，考慮載荷變化對截割部傳動系統的影響，可定量分析傳動系統在全工況下的強度與壽命情況；並通過設置各截割部傳動部件的參數，並分析在各工況在運行時所述截割部模型的性能評價參數，即通過在採煤機截割部傳動系統的設計中引入系統性的設計，以實現系統性的分析截割部傳動部件間的相互影響(即分析外部載荷突變及殼體變形，包括齒輪在齧入、齧出瞬間產生強烈的嚙合衝擊，對齒輪傳動系統動態性能的影響)，進而可對系統進行優化設計，有效改善傳動部件的載荷分布，有效減少米煤機截割部傳動齒輪的哨合衝擊，且減小振動和噪聲。
[0037]圖3為本發明實施例提供的採煤機截割部傳動部件的設計裝置的結構示意圖，圖2所示實施例的解釋說明均可以用於本實施例，如圖3所示:採煤機截割部傳動部件的設計系統，包括:
[0038]預處理模塊301，用於獨立設計截割部傳動部件，形成截割部的初步設計方案；
[0039]建模模塊303，根據所述截割部的初步設計方案建立截割部初步的三維模型；獲取所述截割部的各工況的載荷譜，並設置所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數，得到截割部模型；
[0040]處理模塊305，用於依據所述各工況的載荷譜，分析在各工況在運行時所述截割部模型的性能評價參數，並根據所述性能評價參數的分析結果優化所述各截割部傳動部件中至少一個的參數，得到截割部的最終設計方案。
[0041]具體地，所述處理模塊305可以包括第一分析單元(圖未示出)，用於依據所述各工況的載荷譜，分析在各運行工況時所述截割部模型的系統變形；和/或；分析在各運行工況時所述截割部傳動部件的應力及錯位量；第二分析單元，用於依據所述各工況的載荷譜，分析在各運行工況時所述截割部傳動部件中齒輪的接觸及彎曲強度；和/或；分析在各運行工況時所述截割部傳動部件中軸承的壽命及其滾子的受載情況。
[0042]所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數可以包括:所述截割部傳動部件中齒輪及軸承的材料性能及幾何尺寸、所述初步的三維模型中的網格及裝配連接以及所述截割部傳動部件中殼體的約束條件。
[0043]本實施例通過在煤機齒輪傳動系統設計方面首次引入系統性設計思路，通過在處理模塊中依據各工況的載荷譜，分析在各工況在運行時所述截割部模型的性能評價參數，以充分考慮採煤機截割部外部載荷變化及齒輪系統的內部激勵等因素(即考慮截割衝擊載荷，殼體傳動軸剛度變形，嚙合副時變嚙合剛度、齒側間隙、嚙合誤差等對齒輪嚙合和系統動態特性的影響)，進而實現截割部傳動系統的設計優化，減少採煤機截割部傳動齒輪的哨合衝擊，改善傳動部件的載荷分布，減小振動和噪聲。
[0044]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種採煤機截割部傳動部件的設計方法，其特徵在於，包括: 獨立設計截割部傳動部件，形成截割部的初步設計方案； 根據所述截割部的初步設計方案建立截割部初步的三維模型； 獲取所述截割部的各工況的載荷譜，並設置所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數，得到截割部模型； 依據所述各工況的載荷譜，分析在各工況在運行時所述截割部模型的性能評價參數，並根據所述性能評價參數的分析結果優化所述各截割部傳動部件中至少一個的參數，得到截割部的最終設計方案。
2.根據權利要求1所述的採煤機截割部傳動部件的設計方法，其特徵在於，所述截割部傳動部件包括中的齒輪、軸承、殼體以及連接件。
3.根據權利要求2所述的採煤機截割部傳動部件的設計方法，其特徵在於，所述設置所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數的步驟包括: 設置所述齒輪及軸承的材料性能及幾何尺寸； 設置所述初步的三維模型中的網格及裝配連接； 設置所述殼體的約束條件。
4.根據權利要求3所述的採煤機截割部傳動部件的設計方法，其特徵在於，所述分析所述截割部模型在各工況在運行時的性能評價參數的步驟包括: 分析在各運行工況時所述截割部模型的系統變形；和/或； 分析在各運行工況時所述截割部傳動部件的應力及錯位量。
5.根據權利要求4所述的採煤機截割部傳動部件的設計方法，其特徵在於，所述分析所述截割部模型在各工況在運行時的性能評價參數的步驟還包括: 分析在各運行工況時所述齒輪的接觸及彎曲強度；和/或； 分析在各運行工況時所述軸承的壽命及其滾子的受載情況。
6.根據權利要求4或5述的採煤機截割部傳動部件的設計方法，其特徵在於，所述系統變形包括:傳動部件整體的軸系變形及所述殼體的變形； 所述截割部傳動部件的應力包括所述齒輪的齒面接觸應力以及所述軸承的接觸應力；和/或； 所述截割部傳動部件的錯位量包括所述軸承的錯位量。
7.一種採煤機截割部傳動部件的設計系統，其特徵在於，包括: 預處理模塊，用於獨立設計截割部傳動部件，形成截割部的初步設計方案； 建模模塊，根據所述截割部的初步設計方案建立截割部初步的三維模型；獲取所述截割部的各工況的載荷譜，並設置所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數，得到截割部模型； 處理模塊，用於依據所述各工況的載荷譜，分析在各工況在運行時所述截割部模型的性能評價參數，並根據所述性能評價參數的分析結果優化所述各截割部傳動部件中至少一個的參數，得到截割部的最終設計方案。
8.根據權利要求7所述的採煤機截割部傳動部件的設計系統，其特徵在於，所述處理模塊包括第一分析單元，用於依據所述各工況的載荷譜，分析在各運行工況時所述截割部模型的系統變形；和/或；分析在各運行工況時所述截割部傳動部件的應力及錯位量。
9.根據權利要求8所述的採煤機截割部傳動部件的設計系統，其特徵在於，所述處理模塊包括第二分析單元，用於依據所述各工況的載荷譜，分析在各運行工況時所述截割部傳動部件中齒輪的接觸及彎曲強度；和/或；分析在各運行工況時所述截割部傳動部件中軸承的壽命及其滾子的受載情況。
10.根據權利要求7-9中任一項所述的採煤機截割部傳動部件的設計系統，其特徵在於，所述初步的三維模型中各截割部傳動部件的參數包括:所述截割部傳動部件中齒輪及軸承的材料性能及幾何尺寸、所述初步的三維模型中的網格及裝配連接以及所述截割部傳動部件中殼體的約束條件。
【文檔編號】G06F17/50GK104077437SQ201410284096
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月23日 優先權日:2014年3月19日
【發明者】李玉標, 蘇健, 楊琳琳 申請人:三一重型裝備有限公司