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矿用FBD局部通风机是目前煤矿井下掘进工作面使用最为广泛的一种局部通风机。本文主要针对矿用FBD局部通风机在使用过程中存在的叶片断裂、振动和噪音等主要问题,对矿用FBD局部通风机虚拟原型进行设计和数值模拟分析,为FBD局部通风机优化设计提供依据。
主要完成以下几个方面的研究内容: (1)以矿用FBD局部通风机为研究对象,对FBD局部通风机实际运行状况、存在的问题及国内外的研究现状进行了分析,确定了矿用FBD局部通风机虚拟原型设计及数值模拟分析的方法和思路; (2)对矿用FBD局部通风机产品设计的相关资料进行收集和分析,建立FBD局部通风机虚拟原型设计的信息模型,并采用Pro/E软件进行几何建模和运动仿真分析,为FBD局部通风机设计和动力学分析提供了依据; (3)为了计算FBD局部通风机工作过程中气流在风机叶片上的冲击载荷大小,采用有限元ANSYS FLOTRAN软件对气流在风机叶轮间的流动情况进行了数值模拟分析,得出气流在风机叶轮间流动的速度和压力分布,以及二级叶轮叶片上所受到的气动载荷大小,为结构分析提供了准确的数据; (4)针对FBD局部通风机运行过程中叶片断裂等问题,采用有限元ANSYS软件对通风机结构进行了静力学分析,得到了叶片应力和应变分布规律及气动载荷影响,并对现有轮毂结构强度及刚度进行了计算和安全性分析。在此基础上对现有轮毂结构中的加强锥体、加强板、轴盘、轮毂幅板等结构进行了改进,通过分析得出改进后的轮毂结构不但能满足强度、刚度要求,而且质量得到减轻、*大应力有所减小; (5)在静力学分析的基础上,为了解决FBD局部通风机工作过程中振动和噪音的问题,首先,采用有限元ANSYS软件对FBD局部通风机结构进行了动力学模态分析,得出了预应力对叶片振动特性的影响,以及二级叶片、轮毂的前6阶频率和振型,为研究通风机结构的振动和噪音提供了依据;然后,在考虑气动载荷的条件下对结构改进后的通风机叶轮进行了预应力模态分析,提取出叶轮结构前12阶频率和振型,得出了在整个叶轮系统振动中叶片和轮毂本身的振动,以及它们之间的振动耦合作用对整个叶轮振动特性的影响。
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