單繩纏繞式提升機主軸裝置應(yīng)力應(yīng)變場的數(shù)值模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、礦井提升機廣泛應(yīng)用于煤炭、有色金屬和黑色金屬等礦山開采行業(yè)，作為礦山采礦系統(tǒng)中的關(guān)鍵機械設(shè)備，承擔(dān)著礦物的提升、人員的上下、材料和設(shè)備的運送任務(wù)，被人們稱為礦山的“咽喉設(shè)備”。提升機技術(shù)性能水平的高低直接影響到礦山的生產(chǎn)效率和礦工的生命安全，因此受到使用單位的極大關(guān)注。作為提升機關(guān)鍵件的主軸裝置，在動態(tài)下的真實受力狀態(tài)和實際的載荷譜及有些設(shè)計系數(shù)目前尚無法確定，一些結(jié)構(gòu)也不能進行全面、正確的評估。因此，設(shè)計部門迫切需要尋求一種能夠快速反

2、映提升機受載時整體應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律的現(xiàn)代設(shè)計方法。對提升機主軸裝置結(jié)構(gòu)強度、剛度的傳統(tǒng)設(shè)計計算方法是用解析方法，該方法只能以簡化方式作粗略的計算，只能得到局部的應(yīng)力、位移及強度、剛度情況，通過加大安全系數(shù)的方法來保證結(jié)構(gòu)的強度、剛度。而用有限元軟件進行計算能夠快速、準(zhǔn)確、直觀地得到結(jié)構(gòu)上各部位的應(yīng)力、應(yīng)變等參數(shù)的分布情況。同時，有限元軟件的運用能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的細節(jié)優(yōu)化，這是傳統(tǒng)計算方法無法相比的。
　　本論文以2JK型單繩纏繞式礦

3、井提升機主軸裝置為研究對象，采用Pro/ENGINEER、HyperMesh及ANSYS等軟件完成了主軸裝置的建模、求解及后處理的全過程。建模時，采用了殼單元與實體單元分別對不同零部件劃分網(wǎng)格，并用節(jié)點耦合來模擬主軸與各支輪的連接，用MPC184單元模擬卷筒與各支輪間的螺栓連接。同時，對有應(yīng)力集中的人孔結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化分析。
　　研究結(jié)果表明：（1）用MPC184單元模擬螺栓連接，不僅能夠解決殼單元與實體單元連接的不協(xié)調(diào)問題，而且能

4、夠正確模擬力在零件間的傳遞，本論文建立的計算模型是合理的。（2）驗證了主軸裝置的強度及剛度是符合要求的，并得到了裝配結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布規(guī)律，為結(jié)構(gòu)的進一步分析與改進設(shè)計的研究提供了依據(jù)。（3）本論文首次對卷筒上的人孔形狀進行了優(yōu)化分析，并首次將 OptiStruct軟件應(yīng)用于人孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析中，取得了較滿意的結(jié)果，得到了較優(yōu)的人孔邊界形狀，使得人孔邊界的應(yīng)力分布得到了改善，從而減少了發(fā)生疲勞失效的可能性，并得到以下結(jié)論：①人孔愈向卷筒中心

5、靠攏，人孔周邊最大應(yīng)力愈小，且應(yīng)力分布愈趨于均勻；②右幅板上的尺寸參數(shù) A、D2對人孔周邊應(yīng)力影響較大，其影響規(guī)律是：A、D2的值愈小，人孔周邊最大等效應(yīng)力值愈小，且應(yīng)力分布愈均勻；③圓形人孔能夠改善原結(jié)構(gòu)人孔周邊應(yīng)力；④人孔個數(shù)及錯開左右板上人孔，對人孔周邊應(yīng)力影響不大。同時也為結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計提供了新方法。（4）通過對該型號主軸裝置的有限元仿真及優(yōu)化，得到了一些有益的結(jié)論，為主軸裝置的設(shè)計提供了依據(jù)，對實際工程應(yīng)用具有重要意義。同時，