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提升機(jī)主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

發(fā)布時(shí)間：

2024-07-05

來源：

井下提升機(jī)作為一種廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中的關(guān)鍵運(yùn)輸設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)持續(xù),、高效開展的必要保障,，同時(shí)也肩負(fù)著井下煤炭上運(yùn)和地面人員、物資下運(yùn)的重任,，是礦井的關(guān)鍵咽喉,。因此，確保其運(yùn)行的穩(wěn)定對(duì)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(duì)提升機(jī)主軸的滿載應(yīng)力分布進(jìn)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(yùn)行的同時(shí)進(jìn)一步提升其運(yùn)行效益[1]

1提升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有限元法應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

主軸作為提升機(jī)的關(guān)鍵零部件,，對(duì)提升機(jī)自身性能的發(fā)揮有著積極意義,，但由于在動(dòng)態(tài)下的主軸受力形態(tài)和載荷分布狀況難以通過實(shí)際測(cè)量進(jìn)行分析，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)無法得到真正全面,、有效的評(píng)估,。鑒于這一問題,，急需一種有效的手段對(duì)提升機(jī)受載情況下的應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行快速解析。現(xiàn)階段,，針對(duì)提升機(jī)主軸結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式便是結(jié)算算法,，這種方式只能通過數(shù)學(xué)公式對(duì)主軸應(yīng)力進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度檢驗(yàn)[2],。相交于此,，借助計(jì)算機(jī)的ANSYS數(shù)值模擬軟件則可以通過模型的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸結(jié)構(gòu)上各部位各參數(shù)精準(zhǔn)、直觀的觀測(cè)分析,，并對(duì)整個(gè)主軸設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化,，真正確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最佳效果。

2纏繞式提升機(jī)主軸結(jié)構(gòu)分析

纏繞式單軸提升機(jī)是廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)提升中的一種機(jī)型,，以2JK型提升機(jī)為例,，其具有載重性能好、可靠穩(wěn)定性強(qiáng),、制造工藝簡(jiǎn)便等諸多優(yōu)點(diǎn)[3],，下圖1所示即為常見的提升機(jī)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(jìn)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

1一離合器,；2一非固定卷筒；3一主軸,；4一固定卷筒,；

5一支輪；6一軸承

圖1提升機(jī)主軸結(jié)構(gòu)示意圖

3提升機(jī)主軸有限元分析

對(duì)提升機(jī)主軸進(jìn)行有限元模型構(gòu)建時(shí),，為便于解算,，應(yīng)簡(jiǎn)化、消去主軸的倒角與圓角,，在優(yōu)化解算時(shí),，選四面體單元，在對(duì)單元長(zhǎng)度進(jìn)行嚴(yán)格把控的同時(shí)采用自由劃分的形式對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行劃分[4〕,。通過借助專用服務(wù)終端,，確保解散速度和精度的有效性。

3 · 1約束力施加分析

     針對(duì)提升機(jī)運(yùn)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(duì)象,，其運(yùn)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(duì)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(dòng)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[5]。

圖2模型出繩工況分析

3 ·2計(jì)算結(jié)果分析

     通過對(duì)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L(zhǎng)35而通過對(duì)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3提升機(jī)主軸變形云圖

圖4提升機(jī)主軸應(yīng)力云圖

 

4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(jī)主軸強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自身所承受載荷,，且所得數(shù)據(jù)為主軸極限工況運(yùn)行時(shí)，綜合考量材質(zhì)的疲勞度,，主軸可允許額最大載荷強(qiáng)度適宜為140 MPao不過鑒于所針對(duì)情況具有單一性,，未能對(duì)卡死、沖擊等特殊情況下的主軸受力進(jìn)行分析,，本文應(yīng)當(dāng)結(jié)合對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)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(biāo)函數(shù),，以主軸強(qiáng)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(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行管理,，優(yōu)化后數(shù)學(xué)模型如下所示：

借助ANSYS軟件進(jìn)行模擬時(shí)，能夠?qū)?shù)的靈敏度進(jìn)行調(diào)整,，有助于分析不同極值對(duì)不同參數(shù)的靈敏度[6],。同時(shí)，開展優(yōu)化時(shí),，應(yīng)當(dāng)選用零階法開展優(yōu)化,，也就是說同時(shí)對(duì)多個(gè)點(diǎn)開展逐點(diǎn)的驗(yàn)算，并從中選取五個(gè)備選點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化,，所得優(yōu)化結(jié)果如下表 1所示,。通過對(duì)備選點(diǎn)的分析能夠得知，各個(gè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均符合相關(guān)要求。在此基礎(chǔ)上,，還可以各個(gè)點(diǎn)為參照,，進(jìn)一步對(duì)主軸的徑向尺寸進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)其其他情況下的材料性能進(jìn)行分析[7],。

表1參數(shù)優(yōu)化結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

備選點(diǎn)

dl/mm

dJmm

體積/mm3

值/灬

/MPa

 

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

 

5結(jié)語

提升機(jī)作為礦井生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)暮诵脑O(shè)備,，其運(yùn)行的效果對(duì)生產(chǎn)作業(yè)有著直接影響，而主軸作為提升機(jī)的關(guān)鍵核心,，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)貼合生產(chǎn)實(shí)際需求,，是確保生產(chǎn)有效、持續(xù)開展的必要前提,。礦井技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)充分借助現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù),，通過對(duì)不同模擬軟件的有效運(yùn)用，針對(duì)提升機(jī)主軸結(jié)構(gòu)開展有限元分析研究,，在不影響實(shí)際生產(chǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步科學(xué)優(yōu)化,，為礦井生產(chǎn)的高效開展奠定物質(zhì)保障。

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