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無火花抗磨強化截齒的強度有限元分析

發布于:2022-01-07 20:38
有限元分析

     根據實際截割時截齒的受力特點,有限元分析時我們把截齒的受力簡化為一集中力,不考慮動載荷的影響,并作如下假設:把無火花抗磨強化截齒刀頭與刀桿看作一個整體;不考慮無火花抗磨強化截齒在齒座中的轉動;截齒承受的載荷為集中載荷,且集中在刀頭部位。為使在ANSYS中對實體模型的加載能反映出截齒的真實受力,且考慮到截齒的排列和安裝位置,加載時選距齒尖距離為3mm內的所有節點為受力點,給每個節點加載切削力(X)、進給力(Y)、側向力(Z),加載比例為切削力∶進給力∶側向力=1:0.5:0.4。
     在ANSYS中建立截齒的實體模型,采用參數化設計語言(APDL)可以方便快捷地進行有限元分析,單元類型采用Solid\10node92單元,材料的彈性模量和泊松比分別為270GPa和0.3。采用智能網格劃分(6級)將實體模型進行網格劃分,并對刀頭部位進行局部細化。
     在齒根部定義全約束,將其固定;在距齒尖距離為3mm內的所有節點上施加三個方向的集中力,約束及加載結果如圖2所示。
     在完成以上設置后提交進行求解,分析所得應力云圖如圖3所示?梢钥闯,無火花抗磨強化截齒的最大應力出現在刀頭部位,最大等效應力為107.63MPa,這主要是由于集中力產生的,此處應力過大是造成硬質合金刀頭折損的一個重要原因。而無火花抗磨強化截齒在此處的強化可以有效保護硬質合金刀頭。在實際采掘作業初期,截齒只有合金頭部分受到磨損,隨著磨損的加劇,截齒肩部與煤巖接觸的機會大大增加,而肩部磨損更會加速合金刀頭脫落,導致截齒失效。本文提出的無火花抗磨強化強化層就可以很好地預防該失效形式。
     在截齒刀桿尾部附近,由于截齒在實際采掘工作中受到進給力和側向力的影響,在截齒根部附近產生較大的彎矩,因而所受應力較大。由于刀頭屈服強度極限為1500MPa,遠大于計算所得刀頭受力最大值,因此無火花抗磨強化截齒不會產生失效破壞。最小的應力點出現在截齒安裝的齒座以上部分,該區域直徑較大,不易變形破壞。


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