采煤機行走輪軸承有限元分析

2016-11-07 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

閆炳雷臧彤文斌

(三一重型裝備有限公司,沈陽 110027)

摘要:院針對采煤機滑動軸承易損壞的問題,通過有限元方法,建立滑動軸承分析模型,得到軸承承載過程中的應(yīng)力與變形分布趨勢,排除了由于機身過重導致滑動軸承損壞的可能。并根據(jù)實際的工況與滑動軸承損壞的形式,分析了滑動軸承損壞的原因,為下一步的改進工作提出了方向。
關(guān)鍵詞:采煤機;滑動軸承;潤滑;有限元分析

0 引言

軸承作為采煤機行走部的關(guān)鍵部件之一,主要作用是承載機身重量和為行走部的運動提供精確的引導,保證軸的旋轉(zhuǎn)精度,減少軸與支承之間的摩擦和磨損?；瑒虞S承一般應(yīng)用在低速重載工況或是維護保養(yǎng)及加注潤滑油困難的運轉(zhuǎn)部位。公司某型號采煤機產(chǎn)品中,行走輪軸承采用滑動軸承,使用過程中出現(xiàn)了多次損壞的現(xiàn)象。現(xiàn)對軸承進行仿真分析,以分析問題產(chǎn)生的原因及相應(yīng)的改進措施。
1 滑動軸承

滑動軸承工作在滑動摩擦的狀態(tài)下,接觸部位是一個面,工作平穩(wěn)、可靠、無噪聲,在液體潤滑條件下,滑動表面被潤滑油分開而不發(fā)生直接接觸,減小了摩擦和表面磨損。此外,油膜還具有一定的吸振能力。但起動摩擦阻力大,因磨損而造成間隙后無法調(diào)整。
2 滑動軸承特點

①能承載一定的載荷,具有一定的強度和剛度;②具有小的摩擦力矩,回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動靈活;③具有一定的支承精度,保證被支撐件的回轉(zhuǎn)精度。
3 滑動軸承有限元分析過程

3.1 Pro/E實體建模在Pro/E中建立滑動軸承三維模型,軸承潤滑形式為自潤滑,為了后面便于施加約束,將與軸承連接的輪軸一起進行簡化分析,如圖1所示。

3.2 網(wǎng)格劃分將模型導入到ANSYS Workbench中進行分析。因為模型較為規(guī)則,故選用掃略方法進行網(wǎng)格劃分。單元類型選用默認的六面體實體單元Solid186,單元大小通過設(shè)置邊的劃分數(shù)目進行調(diào)整。彈性模量取200GPa,泊松比值取0.3。劃分網(wǎng)格后,節(jié)點數(shù)為143312,單元數(shù)為32451。如圖2所示。

3.3 滑動軸承的約束與加載已知該型號采煤機整機重量為27T,由四個滑靴支撐,每個滑靴承受的載荷為27T/4=6.75T。整機載荷依次通過行走輪、軸承、銷軌輪軸傳遞到滑靴上。因此每個滑動軸承承受的載荷也為6.75T。在滑動軸承的一個半圓柱面上,施加大小為67500N,方向豎直向下的力?；瑒虞S承與銷軌輪軸通過輪軸螺釘固定在滑靴上,因此在軸承與螺釘接觸的地方施加固定約束。如圖3所示。

3.4 滑動軸承的結(jié)果分析利用軟件的后處理功能,得到滑動軸承的應(yīng)力云圖與變形云圖,如圖4、圖5所示。

由軸承的等效應(yīng)力云圖可知,應(yīng)力較大區(qū)域出現(xiàn)在滑動軸承以及潤滑槽的邊沿處,由于結(jié)構(gòu)的突變產(chǎn)生應(yīng)力集中。除此之外,其余部位的應(yīng)力值均在16MPa以下?；瑒虞S承采用的材料為GCr15,屈服極限為518.42MPa?？梢?滑動軸承完全滿足強度要求。
由位移云圖可知,最大位移為3.5um,出現(xiàn)在滑動軸承的兩側(cè),滑動軸承的上部與下部由于有輪軸的支撐,變形較小。由于輪軸與滑靴連接,滑動軸承繞輪軸旋轉(zhuǎn),在工作中的受力部位不斷發(fā)生變化,因此滑動軸承上每一處的變形也在發(fā)生著變化。
3.5 損壞原因分析滑動軸承主要承受徑向載荷,但從仿真分析結(jié)果來看,徑向力并不是造成軸承損壞的主要原因。從現(xiàn)場圖片(如圖6)觀察,大部分損壞軸承都有較為嚴重的磨損,因此判斷軸承損壞的主要原因是潤滑不暢。

對滑動軸承而言,軸承與旋轉(zhuǎn)軸之間處于低速回轉(zhuǎn)運動狀態(tài),軸承不僅支撐旋轉(zhuǎn)軸,同時需要承受作用在軸上的載荷,由于軸承整體受力不均,在不同部位有著不同的應(yīng)力,軸承與輪軸接觸處存在應(yīng)力集中,隨著各工況下的低速旋轉(zhuǎn)或突然的加速減速,都會造成應(yīng)力集中部位發(fā)生材料的疲勞破壞或者強度破壞,導致軸承發(fā)生故障。
由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境惡劣,粉塵多,工況苛刻,且采煤機機身較重,若密封不良或潤滑油有雜質(zhì),都將會導致軸承在旋轉(zhuǎn)時與輪軸直接接觸,造成磨損破壞或者形成疲勞點蝕。
4 結(jié)論

煤礦環(huán)境對潤滑系統(tǒng)的封閉性要求嚴格,應(yīng)保證潤滑油的純度,使油膜的厚度滿足要求。滑動軸承若不能及時供油,則會造成軸承卡死的現(xiàn)象,磨損加劇。當發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)阻力過大時,應(yīng)及時停機,檢查原因并排除故障。另外可以采用滾動軸承結(jié)構(gòu),起動性能好,摩擦阻力小且潤滑方便。

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來源:《價值工程》2014年第16期

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