改造者：董祖?zhèn)?張麗珍

基于solidworks尾繩防扭結(jié)梁的設(shè)計(jì)

改造者：董祖?zhèn)?張麗珍

立井井底防扭結(jié)梁是防止尾繩在高速運(yùn)行中發(fā)生扭結(jié)事故的一道安全設(shè)施，其主要是由型鋼組成?，F(xiàn)在大產(chǎn)量礦井立井的直徑較大，從而造成防扭結(jié)梁的跨距較大，設(shè)計(jì)校核難度增加。介紹利用Solidworks三維軟件完成結(jié)構(gòu)的建模和優(yōu)化分析的方法，為該類平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的思路。

在多繩提升系統(tǒng)中，為減少提升側(cè)與下放側(cè)鋼絲繩的張力差，多采用平衡尾繩。其工作原理是通過尾繩重量變化，減少提升側(cè)與下放側(cè)鋼絲繩的張力差，平衡傳動(dòng)力矩，以達(dá)到整體提升系統(tǒng)的平衡。而防尾繩扭結(jié)梁其作用是防止尾繩在高速運(yùn)行中發(fā)生扭結(jié)事故，它是一道安全設(shè)施。其原理就是將尾繩的底部四周圍住形成防護(hù)，防止尾繩本身或者與另一根尾繩纏繞在一起，從而起到了安全防護(hù)作用。Solidworks是一款集成CAD/CAE/CAM/PDM于一體的三維軟件，它能夠方便快捷的完成零部件的設(shè)計(jì)并通過Simulation進(jìn)行有限元分析，快速的得到符合要求的零件。并且Solidworks還可進(jìn)行部件的模擬裝配、干涉檢查、驗(yàn)證分析等功能，設(shè)計(jì)完成的模型可通過工程圖直接轉(zhuǎn)化為CAD圖紙，便于加工和安裝，方便快捷。

尾繩防扭結(jié)梁的受力情況

尾繩防扭結(jié)梁主要是由主梁、托架、支梁、尼龍滾及尼龍支座、防砸護(hù)板、柵欄等組成。一般安裝在立井的井底處，通過預(yù)留的梁窩或者錨桿固定在井壁上。如圖1所示。

圖1　尾繩防扭結(jié)梁

防扭結(jié)梁的主要受力主要來自平衡尾繩對(duì)其的作用力。

平衡尾繩懸掛裝置分為扁尾繩懸掛裝置和圓尾繩懸掛裝置，其兩者作用相同。平衡尾繩一端通過懸掛裝置固定在罐籠的底部，另一端穿過尾繩防自由懸掛。平衡尾繩底端是自由擺動(dòng)，隨著罐籠的上下運(yùn)動(dòng)，平衡尾繩也是也跟著上下運(yùn)動(dòng)。但尾繩的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是不規(guī)律的，整個(gè)尾繩擺動(dòng)震源位于尾繩最低端，隨著尾繩運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)能量沿著尾繩向兩端移動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)尾繩進(jìn)行擺動(dòng)。因此尾繩對(duì)防扭結(jié)梁的作用力是變化的，非線性的。因此想要準(zhǔn)確的計(jì)算尾繩的對(duì)防扭結(jié)梁的受力情況是十分困難的。由于尾繩是一端懸掛一端擺動(dòng)的，為了便于計(jì)算可將該模型近似簡(jiǎn)化為鐘擺力學(xué)模型。

當(dāng)尾繩擺動(dòng)到與防扭結(jié)梁接觸時(shí)受力情況。如圖2所示。

圖2　尾繩防扭結(jié)梁受力圖

所以可以得到尾繩防扭結(jié)梁在兩個(gè)方向的受力如下：

尾繩防扭結(jié)梁solidworks建模及優(yōu)化設(shè)計(jì)

以白家海子礦井主井井底防扭結(jié)梁為例，利用Solidworks建立模型。如圖3所示。

干涉檢查

圖3　尾繩防扭結(jié)梁三維模型

圖4　網(wǎng)格劃分

圖5　尾繩防扭結(jié)梁應(yīng)力和位移云圖

建模完成后，各部件尺寸可能不合理導(dǎo)致零件之間出現(xiàn)干涉。干涉是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中常見的錯(cuò)誤之一，可能最終會(huì)導(dǎo)致加工出的零件無法裝配。Solidworks可快速的給裝配體進(jìn)行干涉檢查，只需將裝配體打開點(diǎn)擊“干涉檢查”。如果結(jié)果顯示存在干涉，可反向修改零件，最終得到合理的裝配關(guān)系，完成設(shè)計(jì)。

利用Simultion的有限元分析

利用Simulation可對(duì)模型的進(jìn)行有限元分析，對(duì)防扭結(jié)梁進(jìn)行有限元分析，獲得其應(yīng)力和應(yīng)變等數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)給結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

將建立的模型簡(jiǎn)化并導(dǎo)入Simulation。定義材料為普通碳鋼，根據(jù)力學(xué)模型計(jì)算并施加橫向載荷和縱向載荷，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。如圖4所示。

分析結(jié)果

如圖5所示。運(yùn)行計(jì)算得到位移、應(yīng)力云圖。由結(jié)果可以找到最大應(yīng)力和位移點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際要求最薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化加強(qiáng)。對(duì)于應(yīng)力值較小的部分，如沒有特殊要求可更換較小的材料，以減輕框架的重量和成本。

防扭結(jié)梁的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下條件：

防扭結(jié)梁的變形：μ（x）≤A ，

A——設(shè)定的應(yīng)變常數(shù) 。

抗壓強(qiáng)度：

結(jié)語

防扭結(jié)梁是立井礦井提升系統(tǒng)的一個(gè)保證環(huán)節(jié)，它的設(shè)計(jì)合理與否一定程度上影響提升系統(tǒng)的工作效率，另外也影響尾繩的壽命長(zhǎng)短。本文以白家海子礦井主井井底防扭結(jié)梁的結(jié)構(gòu)為例，引入Solidworks三維軟件設(shè)計(jì)，相對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)比較直觀。設(shè)計(jì)者利用Solidworks可完成結(jié)構(gòu)的建模和優(yōu)化，并預(yù)先完成虛擬組裝，避免了設(shè)備安裝過程中的干涉問題。同時(shí)本文為該類平臺(tái)的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)解決問題的思路。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.09.032