單繩纏繞式提升機主軸裝置應力應變場的數(shù)值模擬及結構優(yōu)化.pdf

1、礦井提升機廣泛應用于煤炭、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)中的關鍵機械設備，承擔著礦物的提升、人員的上下、材料和設備的運送任務，被人們稱為礦山的“咽喉設備”。提升機技術性能水平的高低直接影響到礦山的生產效率和礦工的生命安全，因此受到使用單位的極大關注。作為提升機關鍵件的主軸裝置，在動態(tài)下的真實受力狀態(tài)和實際的載荷譜及有些設計系數(shù)目前尚無法確定，一些結構也不能進行全面、正確的評估。因此，設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力和應變分布規(guī)律的現(xiàn)代設計方法。對提升機主軸裝置結構強度、剛度的傳統(tǒng)設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)的方法來保證結構的強度、剛度。而用有限元軟件進行計算能夠快速、準確、直觀地得到結構上各部位的應力、應變等參數(shù)的分布情況。同時，有限元軟件的運用能夠實現(xiàn)結構的細節(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，對有應力集中的人孔結構進行了優(yōu)化分析。
　　研究結果表明：（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，并得到了裝配結構的應力分布規(guī)律，為結構的進一步分析與改進設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軟件應用于人孔結構的優(yōu)化分析中，取得了較滿意的結果，得到了較優(yōu)的人孔邊界形狀，使得人孔邊界的應力分布得到了改善，從而減少了發(fā)生疲勞失效的可能性，并得到以下結論：①人孔愈向卷筒中心

5、靠攏，人孔周邊最大應力愈小，且應力分布愈趨于均勻；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力值愈小，且應力分布愈均勻；③圓形人孔能夠改善原結構人孔周邊應力；④人孔個數(shù)及錯開左右板上人孔，對人孔周邊應力影響不大。同時也為結構的改進設計提供了新方法。（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論，為主軸裝置的設計提供了依據(jù)，對實際工程應用具有重要意義。同時，