文档介绍：2004 ANSYS 中国用户论文集
不同衬板材料对缠绕式提升机卷筒
筒体强度的影响研究
何风梅赵灿
黑龙江科技学院
[ 摘要] 本文运用 ANSYS 软件建立了缠绕式提升机卷筒的有限元模型,计算分析了用不同材料做衬板
对提升机卷筒强度的影响,得出衬板材料对卷筒强度的影响规律,提出一种新材料取代木材作
卷筒衬板,从而可以大幅度提高经济效益,而且具有绿色环保作用。
[ 关键词] 卷筒强度材料
1 引言
提升机是矿井运输中的咽喉设备,是井下与地面联系的主要工具。我国大部分矿井使用
的提升设备仍然是缠绕式提升机。卷筒是缠绕式提升机的主要承载部件,它的作用是缠绕钢
丝绳,承担全部提升负荷,进行动力传递,完成提升矿石、人员、设备的任务。卷筒必须具
有足够的强度以保证其疲劳寿命。
提升机卷筒外一般设有木衬,并在木衬上车出绳槽,目的是减少钢丝绳与卷筒直接接触
而造成磨损,并使钢绳排列整齐。通过不少的试验证明木衬能够提高卷筒的承载能力,而现
场的提升机卷筒也多采用木衬。但是,木衬耐磨性差,使用寿命不长,更换费时、费力,影
响生产的正常进行,同时耗费木材也不利于环境保护。
随着科技的进步,新材料的不断出现,有必要考虑选用更实用、更经济的材料取代木衬。
本文用 ANSYS 软件计算分析了卷筒采用不同衬板材料时卷筒的应力大小及分布规律。通过
计算发现用聚碳酸脂(增强)材料做卷筒衬板可以进一步提高卷筒强度,提高提升机工作性
能,延长使用寿命,提高经济效益,并达到一定环保的目的。
2 卷筒有限元计算模型的建立
有限元分析结果的可信度高低直接受分析模型、载荷处理、约束条件等和实际工程结构
力学特性符合程度的影响,建立有限元模型时既要如实的反映实际结构的重要力学特性,又
要尽量采用较少的单元和简单的单元形态,以保证较高的计算精度及缩小解题规模。
模型简化
提升机卷筒多属焊接薄壁结构,在模型简化时将卷筒和钢丝绳做如下假设:
(1) 提升机卷筒是封闭圆柱薄壳,材料均质且各
向同性。
(2) 把绕在卷筒上的螺旋绳圈处理为绳环。
(3) 同一绳圈中的张力为常数,压力均匀分布在
卷筒容绳宽度上。
(4) 钢丝绳对端侧板的轴向推力视为均布载荷。
这样,由于卷筒结构和外载荷的轴对称性,把卷
筒作为受轴对称均布载荷的实体,将其简化如图 1。图 1 卷筒简化模型图
2004 ANSYS 中国用户论文集
简化模型之所以取用二分之一,而未用四分之一主要是考虑到原设计中用了六条纵向角
钢,在焊缝两侧较密,并不是均布的。采用二分之一后,未画的部分与表示的部分恰好对称,
这样既节省了二分之一的计算资源又能够真实的反映实际情况。
边界条件的处理
工作时支轮轮毂与轴的连接处变形很小,因此将两支轮轮毂与轴的连接处看成边界条件
也即约束,其一端视为固定约束,另一端在轴向上可以有一些移动,但在其它方向的位移和
转角都被约束。在 ANSYS 模型约束处理中,将一端加全约束,另一端加 x ,z 方向的约束。
在剖面处施加对称约束。
单元剖分
在单元剖分时,模型单元剖分采用 ANSYS 软件中提供的 SOLID45。木衬部分采用映射网
格,其它部分采用智能网格控制,智