基于擺線參數(shù)的采煤機(jī)行走輪齒廓曲線研究

基于擺線參數(shù)的采煤機(jī)行走輪齒廓曲線研究

1擺線齒廓的確定目前，我國平均挖掘機(jī)運(yùn)行輪齒輪廓的繁殖曲線主要有兩種類型：普通膨脹線（如圖1所示）和漸開線（如圖2所示），其中普通膨脹線的齒輪廓大部分為0。對于普通擺線齒廓來講,當(dāng)節(jié)圓半徑確定時,節(jié)圓弦齒厚、外滾圓半徑、內(nèi)滾圓半徑是決定其齒形的三個極其重要的參數(shù)。由于歷史及其它多方面的原因,這三個參數(shù)很長一段時期基本保持不變。2中等功率采煤機(jī)行駛輪的牽引能力相對來講,中等功率采煤機(jī)呈現(xiàn)比較“尷尬”的局面:牽引力偏大,但其牽引系統(tǒng)又沒有按照大節(jié)距銷排的輸送機(jī)設(shè)計。中等功率采煤機(jī)牽引力一般都在500～700kN,但其牽引系統(tǒng)行走輪基本還是按照原來小功率采煤機(jī)的參數(shù)設(shè)計、配套輸送機(jī)銷排仍是125(126)mm節(jié)距的;這就對目前中等功率采煤機(jī)行走輪的牽引能力提出了一定的挑戰(zhàn)。在實(shí)際使用過程中,中等功率采煤機(jī)(特別是功率介于600～1000kW)行走輪出現(xiàn)了比較頻繁的非正常失效,如齒根部位斷裂、輪齒邊緣崩裂和劇烈磨損等,嚴(yán)重影響生產(chǎn)和采煤機(jī)性能的發(fā)揮。3種同規(guī)格行駛輪筆者選取某款中等功率采煤機(jī)擺線行走輪為研究對象,在研究其與125mm節(jié)距銷排(銷齒形狀如圖3(a)、(b))嚙合的基礎(chǔ)上,提出了另外兩種齒廓的同規(guī)格行走輪,并做了詳盡的分析仿真,得出了初步的結(jié)論。3.1改進(jìn)擺線行駛輪的仿真分析在對普通擺線特性參數(shù)詳細(xì)研究的基礎(chǔ)上,對其中的外滾圓半徑和內(nèi)滾圓半徑做了一定的變化,得出了比原擺線齒廓機(jī)械強(qiáng)度更高、更可靠的擺線齒廓行走輪(如圖1虛線所示):其齒根部位單側(cè)最寬處比原擺線齒廓寬增加近2mm,齒頂部位曲線基本相同。在確定好齒形后,對改進(jìn)的擺線行走輪進(jìn)行了三維建模,并應(yīng)用MSC.ADAMS軟件將其和相應(yīng)銷排的嚙合進(jìn)行了各種工況下的詳盡仿真分析。通過仿真分析,得出如下結(jié)論:(1)改進(jìn)齒廓的擺線行走輪和原擺線行走輪的單齒嚙合運(yùn)動學(xué)特性基本相同(單齒嚙合速度曲線見圖4、圖5)。(2)改進(jìn)齒廓的擺線行走輪和銷排嚙合時,對嚙合中心距變化、銷排節(jié)距變化、銷排彎曲等的適應(yīng)性幾乎和原擺線行走輪與相同銷排嚙合時的相同。(3)當(dāng)銷排微浮動、彎曲等引起銷排節(jié)距變化時,改進(jìn)齒廓的擺線行走輪與銷排嚙合時還是出現(xiàn)了原有的非正常嚙合現(xiàn)象(如進(jìn)入時壓力角變得很大、嚙合不連續(xù)等)。(4)改進(jìn)齒廓的擺線行走輪,其齒根部位最寬處比原擺線行走輪單側(cè)寬近2mm,因此齒根的抗彎強(qiáng)度可以得到較大的提高,從而可降低行走輪從齒根部位斷裂的可能性。3.2齒輪的調(diào)整不是通過走輪方式設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)在不改變原行走輪齒數(shù)、模數(shù)(m=39.79)、齒根圓半徑和齒頂圓半徑的前提下,同時也做了標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒廓的行走輪,并進(jìn)行了建模和仿真。結(jié)果如下:(1)對于此漸開線行走輪,因為是按照標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪設(shè)計計算的,所以分度圓齒厚變?yōu)?2.5mm;同時齒根部位比原擺線輪寬了很多(單側(cè)最寬處增加近4mm),但對于嚙合中心距變化的適應(yīng)性明顯降低;如果要減小其分度圓齒厚到60mm,只有采取負(fù)變位的方法,但一旦采取負(fù)變位,其齒根部位將變薄弱,起不到加強(qiáng)齒根的目的,所以認(rèn)為基本不可行。(2)如果能將147mm節(jié)距(m=46.8)銷排的銷齒齒廓(如圖3(c))消化引進(jìn)到125(126)mm節(jié)距(n=39.79)銷排中,則此漸開線齒廓的行走輪能與其進(jìn)行較好的嚙合。4國內(nèi)中等功率采煤機(jī)性能參數(shù)檢測初步研究證實(shí),解決目前行走輪出現(xiàn)的非正常失效問題的方法有兩種:通過改變普通擺線參數(shù)(滾圓半徑)的方法;以加大齒距的標(biāo)準(zhǔn)漸開線作為目前中等功率采煤機(jī)行走輪齒廓曲線的方法。這兩種方法均可以實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)行走輪強(qiáng)度的目的。改變普通擺線參數(shù)的方法,具有一定的強(qiáng)化效果,它保持了原擺線行走輪的單齒嚙合運(yùn)動學(xué)特性,自適應(yīng)性等幾乎和原擺線行走輪與相同銷排嚙合時相同;同時也會存在非正常嚙合情況時有發(fā)生等固有缺點(diǎn)。以加大齒距的標(biāo)準(zhǔn)漸開線替代原有齒形強(qiáng)化效果良好,這在大功率采煤機(jī)行走輪中得到成功應(yīng)用即是最好的例證,這種方法具有更好的前景。改變普通擺線參數(shù)的方法其效果有待進(jìn)一步在實(shí)踐中證實(shí)。本文嘗試性的探討希望能對解決目前國內(nèi)中等功率采煤機(jī)行走輪故障率偏高的實(shí)際問題提供一定的指導(dǎo)和幫助。進(jìn)入21世紀(jì)以后,隨著煤礦工作面機(jī)械化的快速發(fā)展,我國采煤機(jī)設(shè)計水平和制造工藝也有了日新月異的變化,20世紀(jì)的采煤機(jī)總裝機(jī)功率大部分在600kW以下,目前我國采煤機(jī)總裝機(jī)功率已達(dá)到2245kW。由于地質(zhì)條件所限,在實(shí)際使用的采煤機(jī)中中等功率的仍占大多數(shù)。雖然我國中等功率采煤機(jī)已基本發(fā)展成熟,但由于近年來高產(chǎn)高效生產(chǎn)的發(fā)展需要,隨著牽引速度的提高和牽引力的增加,依然有一些技術(shù)難題需要克服。例如,作為采煤機(jī)易損件之一的行走輪是采煤機(jī)移動前進(jìn)的直接執(zhí)行元件之一,對采煤機(jī)的正常行走、工作有非常重要的作用,但國內(nèi)部分中等功率采煤機(jī)(特別是功率介于600～1000kW)的行走輪仍存在可靠性差的問題。出現(xiàn)比較頻繁的非正常失效有:斷齒、劇烈磨損和嚙合干涉等。這些故障嚴(yán)重影響生產(chǎn),所以對中等功率的采煤機(jī)行走輪進(jìn)行更深一步的研究和技術(shù)探討有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前采煤機(jī)牽引基本都采用無鏈電牽引,即由采煤機(jī)行走輪與輸送機(jī)上銷排銷齒相嚙合而驅(qū)動采煤機(jī)前進(jìn),屬于低速開式非共軛銷齒傳動范疇。當(dāng)前使用的銷排節(jié)距有125(126)mm和147mm兩種,銷排銷齒形狀主要有三種(見圖3)。對于總裝機(jī)功率(<600kW)比較小的液壓牽引或電牽引采煤機(jī),其牽引方式主要是擺線齒廓行走輪和125(126)mm節(jié)距的銷排(銷齒形狀以圖3(a)、(b)為主)嚙合傳動,使用效果一直較好。進(jìn)入21世紀(jì)后,隨著牽引力的增大和牽引速度的提高,與采煤機(jī)相配套的輸送機(jī)也有了很大的改進(jìn)。輸送機(jī)的主要變化有:由原1500mm長的中部槽發(fā)展到1750mm長,同時1750mm中部槽上安裝的銷排節(jié)距也變?yōu)?47mm、銷齒形狀主要以圖3(c)為主