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提升機主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析
發(fā)布時間：
2024-01-08
來源：
井下提升機作為一種廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中的關(guān)鍵運輸設(shè)備，是實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)持續(xù)、高效開展的必要保障，同時也肩負著井下煤炭上運和地面人員、物資下運的重任，是礦井的關(guān)鍵咽喉。因此，確保其運行的穩(wěn)定對礦山生產(chǎn)有著積極意義。在此，結(jié)合以往相關(guān)研究理論，借助ANSYS致值模擬軟件，對提升機主軸的滿載應(yīng)力分布進行分析，并以此為依據(jù)開展主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確保其在正常運行的同時進一步提升其運行效一、提升機結(jié)構(gòu)設(shè)計中有限元法應(yīng)用優(yōu)勢分析
主軸作為提升機的關(guān)鍵零部件，對提升機自身性能的發(fā)揮有著積極意義，但由于在動態(tài)下的主軸受力形態(tài)和載荷分布狀況難以通過實際測量進行分析，導(dǎo)致其設(shè)計結(jié)構(gòu)無法得到真正全面、有效的評估。鑒于這一問題，急需一種有效的手段對提升機受載情況下的應(yīng)力分布規(guī)律進行快速解析?，F(xiàn)階段，針對提升機主軸結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)設(shè)計方式便是結(jié)算算法，這種方式只能通過數(shù)學(xué)公式對主軸應(yīng)力進行大致估算，在獲得其局部參數(shù)的情況下借由安全系數(shù)的放大實現(xiàn)對整個結(jié)構(gòu)的強度和剛度檢驗。相交于此，借助計算機的ANSYS數(shù)值模擬軟件則可以通過模型的構(gòu)建實現(xiàn)對主軸結(jié)構(gòu)上各部位各參數(shù)精準、直觀的觀測分析，并對整個主軸設(shè)計的細節(jié)進行優(yōu)化，真正確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的最佳效果。
二、纏繞式提升機主軸結(jié)構(gòu)分析
纏繞式單軸提升機是廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)提升中的一種機型，以2JK型提升機為例，其具有載重性能好、可靠穩(wěn)定性強、制造工藝簡便等諸多優(yōu)點，下圖1所示即為常見的提升機主軸結(jié)構(gòu)示意圖。其中，離合器選用齒輪離合裝置，通過液壓進行調(diào)控；卷筒選用焊接結(jié)構(gòu)，直徑3 500 mm，主軸跨度5 0 mm；所用鋼絲繩直徑43 mm,可承受最大張力為170 kN0
提升機主軸結(jié)構(gòu)示意圖
三、提升機主軸有限元分析
對提升機主軸進行有限元模型構(gòu)建時，為便于解算，應(yīng)簡化、消去主軸的倒角與圓角，在優(yōu)化解算時，選四面體單元，在對單元長度進行嚴格把控的同時采用自由劃分的形式對網(wǎng)格進行劃分。通過借助專用服務(wù)終端，確保解散速度和精度的有效性。
約束力施加分析
針對提升機運行狀態(tài)，忽略出繩搭配的四種情況，選取出繩角度為0。，左卷筒下出繩和右卷筒上出繩的一種情形作為研究對象，其運行示意圖如下圖2所示（圖中數(shù)字代表各輪轂連接處）。以這種模型作為研究對象施加約束力，在主軸輪轂處施加 330 KNm的力矩，并在切向鍵位置增設(shè)減速裝置以傳導(dǎo)拖動力矩。從而確保卷筒自身重量和外界載荷向輪轂各連接處的有效傳遞。
圖2模型出繩工況分析
計算結(jié)果分析通過對圖3中主軸變形云圖的分析可知：主軸左側(cè)軸承區(qū)域變形值最小，軸跨度中部變形值最大，最大變形值為L35而通過對圖4應(yīng)力云圖的分析可知；主軸各軸肩位置均存在顯著的應(yīng)力集聚現(xiàn)象，其中應(yīng)力最大值為36MPa，出現(xiàn)在左端面的軸承約束位置。
圖4提升機主軸應(yīng)力云圖
四、主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果分析
通過上文分析得知，提升機主軸強度遠遠高于自身所承受載荷，且所得數(shù)據(jù)為主軸極限工況運行時，綜合考量材質(zhì)的疲勞度，主軸可允許額最大載荷強度適宜為140 MPao不過鑒于所針對情況具有單一性，未能對卡死、沖擊等特殊情況下的主軸受力進行分析，本文應(yīng)當(dāng)結(jié)合對所得數(shù)據(jù)進行適度的優(yōu)化改良。在考慮卷筒主軸結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的前提下，將主軸徑向及同受力相關(guān)的尺寸作為優(yōu)化變量。選取主軸體積充當(dāng)目標函數(shù)，以主軸強度與剛度充當(dāng)制約條件，以軸徑和輪轂直徑充當(dāng)自變量，并對相關(guān)參數(shù)進行管理，優(yōu)化后數(shù)學(xué)模型如下所示：
借助ANSYS軟件進行模擬時，能夠?qū)?shù)的靈敏度進行調(diào)整，有助于分析不同極值對不同參數(shù)的靈敏度。同時，開展優(yōu)化時，應(yīng)當(dāng)選用零階法開展優(yōu)化，也就是說同時對多個點開展逐點的驗算，并從中選取五個備選點進行優(yōu)化，所得優(yōu)化結(jié)果如下表 1所示。通過對備選點的分析能夠得知，各個點結(jié)構(gòu)設(shè)計均符合相關(guān)要求。在此基礎(chǔ)上，還可以各個點為參照，進一步對主軸的徑向尺寸進行優(yōu)化，并對其其他情況下的材料性能進行分析。
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備選點 |
dl/mm |
Dj/mm |
體積/mm3 |
值/灬 |
/MPa |
|
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30L25 |
46L25 |
8．67E+08 |
L51 |
·05 |
|
|
32L25 |
467．5 |
9·l IE+08 |
L56 |
53．18 |
|
|
36L25 |
470．625 |
9．76E+08 |
L47 |
50．63 |
|
|
326．25 |
492．5 |
9．89E+08 |
|
53．52 |
|
|
316·25 |
498．75 |
9．95 +08 |
L25 |
57．36 |
表1參數(shù)優(yōu)化結(jié)果統(tǒng)計表
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