采煤机行走轮轴承有限元分析

2016-11-07 by:CAE仿真在线来源:互联网

闫炳雷臧彤文斌

(三一重型装备有限公司,沈阳 110027)

摘要:院针对采煤机滑动轴承易损坏的问题,通过有限元方法,建立滑动轴承分析模型,得到轴承承载过程中的应力与变形分布趋势,排除了由于机身过重导致滑动轴承损坏的可能。并根据实际的工况与滑动轴承损坏的形式,分析了滑动轴承损坏的原因,为下一步的改进工作提出了方向。
关键词:采煤机;滑动轴承;润滑;有限元分析

0 引言

轴承作为采煤机行走部的关键部件之一,主要作用是承载机身重量和为行走部的运动提供精确的引导,保证轴的旋转精度,减少轴与支承之间的摩擦和磨损。滑动轴承一般应用在低速重载工况或是维护保养及加注润滑油困难的运转部位。公司某型号采煤机产品中,行走轮轴承采用滑动轴承,使用过程中出现了多次损坏的现象。现对轴承进行仿真分析,以分析问题产生的原因及相应的改进措施。
1 滑动轴承

滑动轴承工作在滑动摩擦的状态下,接触部位是一个面,工作平稳、可靠、无噪声,在液体润滑条件下,滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触,减小了摩擦和表面磨损。此外,油膜还具有一定的吸振能力。但起动摩擦阻力大,因磨损而造成间隙后无法调整。
2 滑动轴承特点

①能承载一定的载荷,具有一定的强度和刚度;②具有小的摩擦力矩,回转件转动灵活;③具有一定的支承精度,保证被支撑件的回转精度。
3 滑动轴承有限元分析过程

3.1 Pro/E实体建模在Pro/E中建立滑动轴承三维模型,轴承润滑形式为自润滑,为了后面便于施加约束,将与轴承连接的轮轴一起进行简化分析,如图1所示。

3.2 网格划分将模型导入到ANSYS Workbench中进行分析。因为模型较为规则,故选用扫略方法进行网格划分。单元类型选用默认的六面体实体单元Solid186,单元大小通过设置边的划分数目进行调整。弹性模量取200GPa,泊松比值取0.3。划分网格后,节点数为143312,单元数为32451。如图2所示。

3.3 滑动轴承的约束与加载已知该型号采煤机整机重量为27T,由四个滑靴支撑,每个滑靴承受的载荷为27T/4=6.75T。整机载荷依次通过行走轮、轴承、销轨轮轴传递到滑靴上。因此每个滑动轴承承受的载荷也为6.75T。在滑动轴承的一个半圆柱面上,施加大小为67500N,方向竖直向下的力。滑动轴承与销轨轮轴通过轮轴螺钉固定在滑靴上,因此在轴承与螺钉接触的地方施加固定约束。如图3所示。

3.4 滑动轴承的结果分析利用软件的后处理功能,得到滑动轴承的应力云图与变形云图,如图4、图5所示。

由轴承的等效应力云图可知,应力较大区域出现在滑动轴承以及润滑槽的边沿处,由于结构的突变产生应力集中。除此之外,其余部位的应力值均在16MPa以下。滑动轴承采用的材料为GCr15,屈服极限为518.42MPa。可见,滑动轴承完全满足强度要求。
由位移云图可知,最大位移为3.5um,出现在滑动轴承的两侧,滑动轴承的上部与下部由于有轮轴的支撑,变形较小。由于轮轴与滑靴连接,滑动轴承绕轮轴旋转,在工作中的受力部位不断发生变化,因此滑动轴承上每一处的变形也在发生着变化。
3.5 损坏原因分析滑动轴承主要承受径向载荷,但从仿真分析结果来看,径向力并不是造成轴承损坏的主要原因。从现场图片(如图6)观察,大部分损坏轴承都有较为严重的磨损,因此判断轴承损坏的主要原因是润滑不畅。

对滑动轴承而言,轴承与旋转轴之间处于低速回转运动状态,轴承不仅支撑旋转轴,同时需要承受作用在轴上的载荷,由于轴承整体受力不均,在不同部位有着不同的应力,轴承与轮轴接触处存在应力集中,随着各工况下的低速旋转或突然的加速减速,都会造成应力集中部位发生材料的疲劳破坏或者强度破坏,导致轴承发生故障。
由于煤矿生产环境恶劣,粉尘多,工况苛刻,且采煤机机身较重,若密封不良或润滑油有杂质,都将会导致轴承在旋转时与轮轴直接接触,造成磨损破坏或者形成疲劳点蚀。
4 结论

煤矿环境对润滑系统的封闭性要求严格,应保证润滑油的纯度,使油膜的厚度满足要求。滑动轴承若不能及时供油,则会造成轴承卡死的现象,磨损加剧。当发现回转阻力过大时,应及时停机,检查原因并排除故障。另外可以采用滚动轴承结构,起动性能好,摩擦阻力小且润滑方便。

参考文献:
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来源:《价值工程》2014年第16期

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