基于Simulation的載人絞車橫梁有限元分析

李瑞平

（1.中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院，山西 太原030006；2.山西天地煤機(jī)裝備有限公司，山西 太原030006）

1 前言

隨著“十四五”經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)出臺，國家更加注重高質(zhì)量發(fā)展，由于絞車結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，被廣泛應(yīng)用于礦山行業(yè)中。為準(zhǔn)確評估絞車可靠性能，需要一種合理計算方法，傳統(tǒng)的設(shè)計計算方法不能有效準(zhǔn)確地對絞車性能進(jìn)行估計，而有限元分析方法能夠準(zhǔn)確直觀地看到分析效果，因此，本文利用Simulation 插件對載人絞車橫梁進(jìn)行有限元分析，評估橫梁承載性能，為絞車安全運(yùn)行提供資料。

2 橫梁模型及約束

2.1 模型和材料

用SolidWorks 建立左右橫梁模型，并導(dǎo)入Simulation 中，橫梁的材料用345 號鋼，常溫下密度ρ0=7850 kg/m3, 楊氏模量210×109Pa, 泊松比0.3。

2.2 約束條件

橫梁為承載部件，使用時固定在地面，在Simulation 中約束橫梁底部兩個U 形孔。

3 橫梁有限元分析

3.1 橫梁在拉力下的強(qiáng)度分析

絞車共有左右兩個橫梁，因左右橫梁受力相同，單獨(dú)以左橫梁為研究對象。左橫梁主要受到自身自重1000 kg 和拉力作用下產(chǎn)生的扭矩，以設(shè)計的最大2500 kg 拉力計算，單個橫梁受到扭矩為

式中 F——最大拉力

R——鋼絲繩轉(zhuǎn)動半徑

圖1 為橫梁的應(yīng)力云圖，在橫梁側(cè)面孔外邊緣應(yīng)力最大，最大極限應(yīng)力為172.61 MPa，小于345 號鋼材料的許用應(yīng)力，安全系數(shù)為2，滿足設(shè)計要求。圖2 為橫梁的位移圖，最大變形發(fā)生在橫梁上端邊緣，最大形變?yōu)?.22637 mm。

圖1 橫梁在拉力下的應(yīng)力云圖

圖2 橫梁在拉力下的位移云圖

3.2 橫梁在剎車時強(qiáng)度分析

約束橫梁底部兩個U 形孔，在橫梁側(cè)面孔只施加2688 N·m 扭矩。圖3 為橫梁剎車時的應(yīng)力云圖，同樣，在橫梁側(cè)面孔外邊緣應(yīng)力最大，最大極限應(yīng)力為139.16 MPa，小于345 號鋼材料的許用應(yīng)力，安全系數(shù)為2.48，滿足設(shè)計要求。圖4為橫梁的位移圖，最大變形發(fā)生在橫梁上端邊緣，最大形變?yōu)?.1955 mm。

圖3 橫梁在剎車時的應(yīng)力云圖

圖4 橫梁在剎車時位移云圖

4 結(jié)論

借助Simulation 軟件對載人絞車橫梁進(jìn)行有限元分析，得到橫梁最大拉力下最大Von Mises應(yīng)力為172.61 MPa，安全系數(shù)為2；在剎車時最大Von Mises 應(yīng)力為139.16 MPa，安全系數(shù)為2.48，滿足強(qiáng)度要求。