基于<strong>EDEM</strong>-<strong>ADAMS</strong>的采煤机摇臂壳体变形规律研究

doi:10.3785/j.issn.1006-754X.2025.04.169

工程设计学报

2025, Vol. 32

Issue (2): 220-231 DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2025.04.169

可靠性与保质设计

基于EDEM-ADAMS的采煤机摇臂壳体变形规律研究

田立勇(

),于晓涵(

),于宁

辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新 123000

Study on deformation law of rocker arm shell of shearer based on EDEM-ADAMS

Liyong TIAN(

),Xiaohan YU(

),Ning YU

School of Mechanical Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China

全文: PDF(6224 KB) HTML

摘要：

为了剖析采煤机摇臂壳体失效的根源、保障采煤机安全稳定运行，分析了采煤机摇臂壳体变形的影响因素，研究了壳体变形规律。首先，构建了摇臂壳体力学模型，梳理了影响摇臂壳体变形的载荷因素，其中包括采煤机截割时煤岩对滚筒产生的外部作用力及齿轮传动系统所形成的内部载荷；其次，采用Solidworks软件建立了摇臂三维模型，并基于EDEM-ADAMS软件搭建了采煤机截割含铝质岩、灰色岩、石灰岩和粉砾岩等4种夹矸煤岩的仰角工况模型，进行摇臂壳体变形仿真；最后，搭建了壳体变形测试平台，进行了采煤机截割粉砂夹矸煤岩的实验。仿真结果表明：滚筒牵引阻力的均值小于截割阻力均值，且两者均大于侧向受力均值；壳体承受外部载荷后，其变形呈现较复杂的态势，在摇臂壳体与滚筒行星减速器结合部位的变形较大，失稳风险较大；摇臂壳体在齿轮轴位置的变形呈现多波峰、非线性、近似正态分布。实验结果表明，距滚筒行星减速器越近，变形越大，这与仿真结果高度吻合。研究清晰地揭示了摇臂壳体在复杂载荷下的变形规律，为摇臂壳体的改进设计提供了强劲的理论支撑，有助于优化采煤机设计方案，降低壳体失效风险，有效提升采煤机在实际生产作业中的可靠性与稳定性。

关键词： 摇臂壳体; EDEM仿真; 截割载荷; 变形规律; 实验测试

Abstract:

In order to analyze the root of shearer rocker arm shell failure and ensure the safe and stable operation of shearer, the influencing factors of shearer rocker arm shell deformation were analyzed, and the shell deformation law was studied.Firstly, the mechanical model of the rocker arm shell was constructed, and the load factors affecting the deformation of rocker arm shell were sorted out, including the external forces generated by coal rock on the drum and the internal loads formed by gear transmission system when the shearer was cutting. Secondly, Solidworks software was used to establish the three-dimensional model of the rocker arm, and EDEM-ADAMS software was used to build the elevation working condition model of shearer cutting 4 types of gangue coal rocks, containing aluminous rock, gray rock, limestone and siltstone, to simulate the deformation of the rocker arm shell. Finally, the shell deformation test platform was set up, and the experiment of shearer cutting silt-containing gangue coal was carried out. The simulation results showed that the mean value of drag traction resistance was less than the mean value of cutting resistance, and both were greater than the mean value of lateral force. After the shell was subjected to external loads, its deformation was complex, at the joint of the rocker arm shell and the drum planetary reducer, the deformation was large, and the risk of instability was large. The deformation of rocker arm shell at the position of gear shaft exhibited a nonlinear, approximate normal distribution with multiple peaks. The experimental results showed that the closer to the drum planetary reducer, the greater the deformation, which was highly consistent with the simulation results. The research clearly shows the deformation law of the rocker arm shell under complex loads providing a robust theoretical support for the improved design of the rocker arm shell, and is helpful to optimize the shearer design scheme, reduce the shell failure risk, and effectively improve the reliability and stability of the shearer in actual production.

Key words: rocker arm shell EDEM simulation cutting load deformation law experimental test

收稿日期: 2024-09-18 出版日期: 2025-05-06

CLC:

TD 42

基金资助: 国家自然科学基金面上项目(52174143)

通讯作者: 于晓涵 E-mail: qingyalou403@163.com;1060592986@qq.com

作者简介: 田立勇（1979—），男，副教授，博士，从事机电液一体化等研究，E-mail: qingyalou403@163.com, https://orcid.org/0000-0002-8690-5550

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田立勇,于晓涵,于宁. 基于EDEM-ADAMS的采煤机摇臂壳体变形规律研究[J]. 工程设计学报, 2025, 32(2): 220-231.

Liyong TIAN,Xiaohan YU,Ning YU. Study on deformation law of rocker arm shell of shearer based on EDEM-ADAMS[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2025, 32(2): 220-231.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2025.04.169 或 https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2025/V32/I2/220

图1 摇臂壳体受力示意

图2 滚筒三向受力示意

图3 二级齿轮受力分析

图4 摇臂传动系统结构示意

表1 摇臂传动系统齿轮的尺寸参数

图5 摇臂壳体模型

图6 摇臂壳体模型网格无关性验证结果

表2 夹矸煤岩材料参数

表3 材料间相互作用参数

表4 煤岩颗粒间的黏结参数

图7 摇臂传动系统约束关系拓扑图

表5 构件之间约束条件

图8 滚筒截割夹矸煤岩仿真过程

图9 滚筒所受三向截割载荷及力矩

图10 不同工况下滚筒所受三向截割载荷均值和波动系数的对比

图11 摇臂壳体变形三维图

图12 截割18.2 s时铝质岩夹矸工况下摇臂壳体变形云图

图13 摇臂壳体变形测试平台

表6 模拟夹矸煤岩各材料质量浓度 (kg/m3)

图14 应变传感器初选位置示意

表7 优化后摇臂壳体应变测点设置

图15 摇臂壳体应变传感器布置

表8 应变传感器采集的数据

图16 测点 x 方向的应变曲线

图17 测点 y 方向的应变曲线

图18 测点8、9、10的合应变曲线

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