基于solidworks尾繩防扭結梁的設計

改造者：董祖偉 張麗珍

基于solidworks尾繩防扭結梁的設計

改造者：董祖偉 張麗珍

立井井底防扭結梁是防止尾繩在高速運行中發生扭結事故的一道安全設施，其主要是由型鋼組成。現在大產量礦井立井的直徑較大，從而造成防扭結梁的跨距較大，設計校核難度增加。介紹利用Solidworks三維軟件完成結構的建模和優化分析的方法，為該類平臺的設計提供了一個新的思路。

在多繩提升系統中，為減少提升側與下放側鋼絲繩的張力差，多采用平衡尾繩。其工作原理是通過尾繩重量變化，減少提升側與下放側鋼絲繩的張力差，平衡傳動力矩，以達到整體提升系統的平衡。而防尾繩扭結梁其作用是防止尾繩在高速運行中發生扭結事故，它是一道安全設施。其原理就是將尾繩的底部四周圍住形成防護，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計并通過Simulation進行有限元分析，快速的得到符合要求的零件。并且Solidworks還可進行部件的模擬裝配、干涉檢查、驗證分析等功能，設計完成的模型可通過工程圖直接轉化為CAD圖紙，便于加工和安裝，方便快捷。

尾繩防扭結梁的受力情況

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

圖1　尾繩防扭結梁

防扭結梁的主要受力主要來自平衡尾繩對其的作用力。

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，隨著罐籠的上下運動，平衡尾繩也是也跟著上下運動。但尾繩的實際運動是不規律的，整個尾繩擺動震源位于尾繩最低端，隨著尾繩運動，擺動能量沿著尾繩向兩端移動，從而帶動整個尾繩進行擺動。因此尾繩對防扭結梁的作用力是變化的，非線性的。因此想要準確的計算尾繩的對防扭結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的，為了便于計算可將該模型近似簡化為鐘擺力學模型。

當尾繩擺動到與防扭結梁接觸時受力情況。如圖2所示。

圖2　尾繩防扭結梁受力圖

所以可以得到尾繩防扭結梁在兩個方向的受力如下：

尾繩防扭結梁solidworks建模及優化設計

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

干涉檢查

圖3　尾繩防扭結梁三維模型

圖4　網格劃分

圖5　尾繩防扭結梁應力和位移云圖

建模完成后，各部件尺寸可能不合理導致零件之間出現干涉。干涉是機構設計中常見的錯誤之一，可能最終會導致加工出的零件無法裝配。Solidworks可快速的給裝配體進行干涉檢查，只需將裝配體打開點擊“干涉檢查”。如果結果顯示存在干涉，可反向修改零件，最終得到合理的裝配關系，完成設計。

利用Simultion的有限元分析

利用Simulation可對模型的進行有限元分析，對防扭結梁進行有限元分析，獲得其應力和應變等數據，利用這些數據給結構進行進一步的優化。

將建立的模型簡化并導入Simulation。定義材料為普通碳鋼，根據力學模型計算并施加橫向載荷和縱向載荷，對模型進行網格劃分。如圖4所示。

分析結果

如圖5所示。運行計算得到位移、應力云圖。由結果可以找到最大應力和位移點，根據實際要求最薄弱環節進行優化加強。對于應力值較小的部分，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。

防扭結梁的設計應滿足以下條件：

防扭結梁的變形：μ（x）≤A ，

A——設定的應變常數 。

抗壓強度：

結語

防扭結梁是立井礦井提升系統的一個保證環節，它的設計合理與否一定程度上影響提升系統的工作效率，另外也影響尾繩的壽命長短。本文以白家海子礦井主井井底防扭結梁的結構為例，引入Solidworks三維軟件設計，相對傳統設計比較直觀。設計者利用Solidworks可完成結構的建模和優化，并預先完成虛擬組裝，避免了設備安裝過程中的干涉問題。同時本文為該類平臺的設計提供了一個解決問題的思路。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.09.032