[01853302]大型矿用带式输送机盘式制动器热-结构耦合研究

1、简要技术说明： 以热传导-结构耦合分析为基础,建立了针对带式输送机盘式制动器的热传导微分方程;确定了三种制动工况、制动盘材料热物理参数、热载荷和相关边界条件,采用分段均匀加载方法在ANSYS平台下建立了制动盘的三维有限元模型;仿真分析并试验验证了制动盘在三种工况下的瞬态温度场变化,揭示了制动盘摩擦副材料、结构等不同热物理参数的影响规律;采用顺序耦合法仿真分析了制动盘在不同工况下的应力场对失效的影响,改进设计了两种不同的制动盘结构。关键技术如下： （1）计算工况及工况参数的确定：通过对整机的分析,确定输送机在工作过程中机械制动的工作情况及工况参数,并根据各工况参数分析计算制动力矩和制动时间,计算制动产生的热流载荷。 （2）热传导微分方程的建立：以热传导-结构耦合分析理论为基础,结合带式输送机制动器的工作原理研究建立盘式制动器的热传导微分方程。 （3）建立有限元模型：制动器的工作过程是一个复杂的过程,仿真分析计算无法完全与实际工作情况相同,根据制动摩擦和热分析的相关理论,建立制动盘有限元模型时,需要做一定的简化。制动盘上所受到的热载荷随着制动过程的进行是在不断变化的,移动热源热流密度载荷的分段均匀加载模式,尽量逼近实际载荷时间历程。制动过程中制动盘与周围空气的对流换热情况及其随时间变化规律。 （4）热载荷引起的温度场、应力场的计算：对于温度场的仿真分析计算采用瞬态热传导计算,并采用顺序偶合法将计算结果作为边界条件进行结构应力场的计算。考察制动盘的材料不同,热特性参数尤其是热传导参数和比热容对温度场和应力场的影响。考察不同结构的制动盘相同工况下的的温度场和应力场。 2、主要技术性能指标： 本项目针对大型带式输送机盘式制动器制动过程中的瞬时温度场和应力场进行了较为深入的研究。主要完成了以下工作和性能指标： 1、在ANSYS平台下建立了制动盘有限元模型,确定了制动盘材料的热物理参数,确定了热载荷和相关边界条件,热载荷的加载方法采用分段均匀加载方法;确定了带式输送机的三种制动工况及相关参数; 2、分别仿真分析了制动盘在三种工况下的温度场,对仿真分析方法进行了试验验证,分析了不同热物理参数对温度场的影响; 3、设计了两种不同的制动盘结构,并对不同结构的制动盘进行了温度场分析; 4、应力场的分析方法采用顺序耦合法,分别仿真分析了制动盘在三种工况下的应力场,对分析结果进行对比分析。