多繩摩擦提升機(jī)天輪襯墊的有限元分析TREE PLANTING DAY

1 襯墊受力分析

多繩摩擦提升機(jī)滿載工作時(shí)，鋼絲繩與天輪不是直接接觸的，它們之間還有一層天輪襯墊，通過與天輪襯墊的摩擦、從而鋼絲繩帶動(dòng)天輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

天輪襯墊的受力分別為鋼絲繩對(duì)其產(chǎn)生的徑向壓力和切向摩擦力、啟動(dòng)和制動(dòng)過程中產(chǎn)生的動(dòng)拉力、制動(dòng)時(shí)摩擦熱產(chǎn)生的熱漲力、天輪主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)天輪襯墊產(chǎn)生的離心力等。由于動(dòng)載荷作用時(shí)間較短，計(jì)算復(fù)雜，到目前尚無統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，因此計(jì)算時(shí)仍以靜拉力為主。為了使問題簡(jiǎn)化，根據(jù)實(shí)際情況，往往忽略隨鋼絲繩進(jìn)入與離開襯墊槽內(nèi)這個(gè)過程中壓力由小變大再有大變小的因素，將受力近似看作處在同一直線上，載荷是沿直線分布。

2 創(chuàng)建天輪有限元模型

2.1 天輪襯墊的三維建模

本文三維建模采用 Po/E三維建模軟件，對(duì)于多繩摩擦提升機(jī)天輪襯墊的三維實(shí)體建模，主要利用拉伸、裝配等操作建立零部件的實(shí)體模型

在實(shí)際情況下為了方便安裝天輪襯墊，將天輪襯墊分為相互對(duì)稱的兩部分。根據(jù)煤礦安全規(guī)程與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)綜合參考，天輪襯墊槽底磨損 112時(shí)需要更換天輪襯墊因此以天輪襯墊磨損 112為界對(duì)其進(jìn)行分析。全新、磨損1/5、磨損 1/3這三部分為正常磨損范圍，磨損 112和磨損2/3為故障范圍。

在 Pio/E的草繪模式下，根據(jù)多繩摩擦提升機(jī)天輪襯墊的實(shí)際尺寸進(jìn)行草繪，天輪襯墊的長(zhǎng)為 100mmm，寬為90mm，高為 60mmm，襯墊槽圓弧的直徑為34.5mm，全新的天輪襯墊槽圓弧頂部到襯墊邊緣的距離為 3lmmm，如圖 1所示，分別為全新、磨損 1/5、磨損 1/3、磨損 112和磨損 2/3的襯墊的三維模型。

2.2 有限元模型的建立

在 ANSYS中利用前處理器定義天輪幾何模型的單元類型為 8節(jié)點(diǎn)體單元 SOLD45單元，所以不需要設(shè)置其厚度實(shí)常數(shù)。根據(jù)天輪襯墊的特點(diǎn)，采用自由網(wǎng)格劃分，此網(wǎng)格形式對(duì)單元形狀無限制 。

3、襯墊模擬計(jì)算型

3.1 邊界條件的處理

根據(jù)對(duì)天輪襯墊工作情況的分析，由于受到鋼絲繩與天輪的約束，可以看出天輪襯墊僅能在縱向方向運(yùn)動(dòng)，在橫向方向存在約束。首先是天輪對(duì)其的約束，約束天輪襯墊的兩個(gè)端面，約束的是 Z方向上的運(yùn)動(dòng)、再次相鄰襯墊對(duì)其的約束、約束襯墊的另外兩個(gè)端面，約束的是 X方向上的運(yùn)動(dòng)，最后為鋼絲繩對(duì)其的約束，約束底面，底面是全約束。

3.2 襯墊壓強(qiáng)

根據(jù) “許廠煤礦礦井設(shè)計(jì)說明書”。在提升系統(tǒng)滿載工作情況下，鋼絲繩對(duì)天輪襯墊的最大壓強(qiáng)為 1.465MPa。襯墊的受力面為襯墊的整個(gè)槽面，對(duì)天輪襯墊的整個(gè)槽底施加均布?jí)簭?qiáng)

4 、查看求解結(jié)果

4.1 查看位移場(chǎng)分布等值線圖當(dāng)天輪襯墊槽磨損不同時(shí)，分別提取有限元分析結(jié)果得到位移等值線圖。其最大位移對(duì)比結(jié)果見如表 1。分析天輪襯墊不同磨損程度時(shí)的位移場(chǎng)分布等值線圖和表 1，其結(jié)果如下正常磨損范圍的天輪襯墊模型，最大位移集中在槽底中間部位:故障磨損范圍的天輪襯墊模型，最大位移集中在槽上邊緣。隨著槽底磨損程度的增大，最大位移集中區(qū)域緩慢的從槽底向槽上邊緣移動(dòng)。這就說明了當(dāng)天輪襯墊槽磨損到 112時(shí)，最大位移集中在槽上邊緣，兩側(cè)襯墊向中間收縮。當(dāng)襯墊槽磨損到 213時(shí)槽底位移變化很小，大部分位移集中在槽上邊緣。這時(shí)襯墊很容易脫離天輪輪緣的卡邊，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的天輪將襯墊甩出繩槽，發(fā)生鋼絲繩嚴(yán)重跳動(dòng)現(xiàn)象.

4.2 查看等效應(yīng)力場(chǎng)分布等值線圖

當(dāng)天輪襯墊槽磨損程度不同時(shí)，分別提取有限元分析結(jié)果，得到等效應(yīng)力場(chǎng)圖。其最大應(yīng)力對(duì)比結(jié)果見表 2。圖和表 2，其結(jié)果如下!

1) 對(duì)于天輪襯墊不同磨損程度的同一位置，隨著天輪襯墊磨損程度的加劇，天輪襯墊表面應(yīng)力呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)。

2) 對(duì)于天輪襯墊同一磨損程度的不同位置，天輪襯墊在槽側(cè)邊緣處應(yīng)力集中顯著，槽側(cè)邊緣處應(yīng)力明顯大于遠(yuǎn)離側(cè)邊緣處的中間處的應(yīng)力 。

3) 隨著天輪襯墊磨損程度的加劇，天輪襯墊的最大應(yīng)力值有增大的趨勢(shì)、在磨損 112程度時(shí)應(yīng)力達(dá)到最大值且最大應(yīng)力值點(diǎn)都集中在天輪襯墊的邊緣，故由應(yīng)力圖比較磨損 1/2的襯墊為故障襯墊。

5、結(jié)論與建議

1)襯墊槽內(nèi)受到鋼絲繩對(duì)其的壓力，對(duì)襯墊受到的載荷，通常將其按照均布載荷公式計(jì)算。

2)當(dāng)天輪襯墊槽磨損到 1/2時(shí)應(yīng)力達(dá)到最大值，最大位移集中在槽上邊緣，兩側(cè)襯墊向中間收縮，因此襯墊磨損度達(dá)到 112時(shí)為故障襯墊。當(dāng)襯墊槽磨損度達(dá)到 213 時(shí)槽底位移變化很小，應(yīng)力和位移集中在槽上邊緣、這時(shí)襯墊很容易脫離天輪輪緣的卡邊，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的天輪將襯墊甩出繩槽，發(fā)生鋼絲繩嚴(yán)重跳動(dòng)現(xiàn)象。

3) 建議在襯墊槽磨損度接近到 1/2處時(shí)要加強(qiáng)對(duì)襯墊的檢查，當(dāng)襯墊槽磨損度達(dá)到或超過 1/2時(shí)應(yīng)及時(shí)更換天輪襯墊。

END

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