基于有限元法的采煤机摇臂力学分析及结构优化设计

马茂林

（华阳平舒煤矿有限责任公司，山西 阳泉 045000）

引言

采煤机是煤矿开采中重要的机械装备，随着煤矿领域进步对采煤效率要求的不断提升，采煤机正朝着大型化、重型化方向发展[1-3]。摇臂结构是采煤机中的主要机械结构之一，其性能的好坏对采煤机的整体性能有非常重要的影响[4-5]。但在实践过程中，摇臂部位的受力相对较为复杂，容易出现应力集中，最终导致该结构出现损伤失效[6]。本文主要以J71A型采煤机为例，对其工作时摇臂结构的受力情况进行了分析，并基于力学分析结果对其结构进行优化设计。

1 采煤机摇臂结构概述

以J71A型采煤机摇臂结构为对象进行研究，该型号采煤机整体功率为480 kW，需要通过3.3 kV的电压进行供电。其中，摇臂结构是采煤机中的重要构成部分，其整体质量将近10 t，长度为2.38 m，属于整体弯摇臂，图1 为采煤机摇臂结构主要构成。从图中可以看出，摇臂结构主要由销轴组件、冷却管组、摇臂壳体、截割电机及传动系统等部分构成。摇臂结构通过销轴组件实现与采煤机整体的连接，工作时绕销轴部位进行转动。另外，通过油缸的伸缩，还可以实现摇臂结构整体的上下移动。摇臂结构的运动可以带动截割头部位移动，实现不同位置的截割。截割电动机的作用是为滚筒提供动力，从电动机中输出的动力经过直齿传动和行星传动后，带动滚筒运动实现落煤与装煤。

图1 采煤机摇臂结构主要构成

2 摇臂结构有限元模型的建立

利用PRO/E 软件建立摇臂结构的三维几何模型，具体结构见图1。……