【矿山机械】多绳摩擦提升机天轮衬垫的有限元分析

多绳摩擦提升机天轮衬垫的有限元分析TREE PLANTING DAY

1 衬垫受力分析

多绳摩擦提升机满载工作时，钢丝绳与天轮不是直接接触的，它们之间还有一层天轮衬垫，通过与天轮衬垫的摩擦、从而钢丝绳带动天轮转动。

天轮衬垫的受力分别为钢丝绳对其产生的径向压力和切向摩擦力、启动和制动过程中产生的动拉力、制动时摩擦热产生的热涨力、天轮主轴旋转时天轮衬垫产生的离心力等。由于动载荷作用时间较短，计算复杂，到目前尚无统一的认识，因此计算时仍以静拉力为主。为了使问题简化，根据实际情况，往往忽略随钢丝绳进入与离开衬垫槽内这个过程中压力由小变大再有大变小的因素，将受力近似看作处在同一直线上，载荷是沿直线分布。

2 创建天轮有限元模型

2.1 天轮衬垫的三维建模

本文三维建模采用 Po/E三维建模软件，对于多绳摩擦提升机天轮衬垫的三维实体建模，主要利用拉伸、装配等操作建立零部件的实体模型

在实际情况下为了方便安装天轮衬垫，将天轮衬垫分为相互对称的两部分。根据煤矿安全规程与实际现场经验综合参考，天轮衬垫槽底磨损 112时需要更换天轮衬垫因此以天轮衬垫磨损 112为界对其进行分析。全新、磨损1/5、磨损 1/3这三部分为正常磨损范围，磨损 112和磨损2/3为故障范围。

在 Pio/E的草绘模式下，根据多绳摩擦提升机天轮衬垫的实际尺寸进行草绘，天轮衬垫的长为 100mmm，宽为90mm，高为 60mmm，衬垫槽圆弧的直径为34.5mm，全新的天轮衬垫槽圆弧顶部到衬垫边缘的距离为 3lmmm，如图 1所示，分别为全新、磨损 1/5、磨损 1/3、磨损 112和磨损 2/3的衬垫的三维模型。

2.2 有限元模型的建立

在 ANSYS中利用前处理器定义天轮几何模型的单元类型为 8节点体单元 SOLD45单元，所以不需要设置其厚度实常数。根据天轮衬垫的特点，采用自由网格划分，此网格形式对单元形状无限制 。

3、衬垫模拟计算型

3.1 边界条件的处理

根据对天轮衬垫工作情况的分析，由于受到钢丝绳与天轮的约束，可以看出天轮衬垫仅能在纵向方向运动，在横向方向存在约束。首先是天轮对其的约束，约束天轮衬垫的两个端面，约束的是 Z方向上的运动、再次相邻衬垫对其的约束、约束衬垫的另外两个端面，约束的是 X方向上的运动，最后为钢丝绳对其的约束，约束底面，底面是全约束。

3.2 衬垫压强

根据 “许厂煤矿矿井设计说明书”。在提升系统满载工作情况下，钢丝绳对天轮衬垫的最大压强为 1.465MPa。衬垫的受力面为衬垫的整个槽面，对天轮衬垫的整个槽底施加均布压强

4 、查看求解结果

4.1 查看位移场分布等值线图当天轮衬垫槽磨损不同时，分别提取有限元分析结果得到位移等值线图。其最大位移对比结果见如表 1。分析天轮衬垫不同磨损程度时的位移场分布等值线图和表 1，其结果如下正常磨损范围的天轮衬垫模型，最大位移集中在槽底中间部位:故障磨损范围的天轮衬垫模型，最大位移集中在槽上边缘。随着槽底磨损程度的增大，最大位移集中区域缓慢的从槽底向槽上边缘移动。这就说明了当天轮衬垫槽磨损到 112时，最大位移集中在槽上边缘，两侧衬垫向中间收缩。当衬垫槽磨损到 213时槽底位移变化很小，大部分位移集中在槽上边缘。这时衬垫很容易脱离天轮轮缘的卡边，高速转动的天轮将衬垫甩出绳槽，发生钢丝绳严重跳动现象.

4.2 查看等效应力场分布等值线图

当天轮衬垫槽磨损程度不同时，分别提取有限元分析结果，得到等效应力场图。其最大应力对比结果见表 2。图和表 2，其结果如下!

1) 对于天轮衬垫不同磨损程度的同一位置，随着天轮衬垫磨损程度的加剧，天轮衬垫表面应力呈现出增大的趋势。

2) 对于天轮衬垫同一磨损程度的不同位置，天轮衬垫在槽侧边缘处应力集中显著，槽侧边缘处应力明显大于远离侧边缘处的中间处的应力 。

3) 随着天轮衬垫磨损程度的加剧，天轮衬垫的最大应力值有增大的趋势、在磨损 112程度时应力达到最大值且最大应力值点都集中在天轮衬垫的边缘，故由应力图比较磨损 1/2的衬垫为故障衬垫。

5、结论与建议

1)衬垫槽内受到钢丝绳对其的压力，对衬垫受到的载荷，通常将其按照均布载荷公式计算。

2)当天轮衬垫槽磨损到 1/2时应力达到最大值，最大位移集中在槽上边缘，两侧衬垫向中间收缩，因此衬垫磨损度达到 112时为故障衬垫。当衬垫槽磨损度达到 213 时槽底位移变化很小，应力和位移集中在槽上边缘、这时衬垫很容易脱离天轮轮缘的卡边，高速转动的天轮将衬垫甩出绳槽，发生钢丝绳严重跳动现象。

3) 建议在衬垫槽磨损度接近到 1/2处时要加强对衬垫的检查，当衬垫槽磨损度达到或超过 1/2时应及时更换天轮衬垫。

END

准准酱矿山配件了解时间

不定期更新，欢迎讨论~

关注我，不迷兔