基于solidworks尾绳防扭结梁的设计

改造者：董祖伟 张丽珍

基于solidworks尾绳防扭结梁的设计

改造者：董祖伟 张丽珍

立井井底防扭结梁是防止尾绳在高速运行中发生扭结事故的一道安全设施，其主要是由型钢组成。现在大产量矿井立井的直径较大，从而造成防扭结梁的跨距较大，设计校核难度增加。介绍利用Solidworks三维软件完成结构的建模和优化分析的方法，为该类平台的设计提供了一个新的思路。

在多绳提升系统中，为减少提升侧与下放侧钢丝绳的张力差，多采用平衡尾绳。其工作原理是通过尾绳重量变化，减少提升侧与下放侧钢丝绳的张力差，平衡传动力矩，以达到整体提升系统的平衡。而防尾绳扭结梁其作用是防止尾绳在高速运行中发生扭结事故，它是一道安全设施。其原理就是将尾绳的底部四周围住形成防护，防止尾绳本身或者与另一根尾绳缠绕在一起，从而起到了安全防护作用。Solidworks是一款集成CAD/CAE/CAM/PDM于一体的三维软件，它能够方便快捷的完成零部件的设计并通过Simulation进行有限元分析，快速的得到符合要求的零件。并且Solidworks还可进行部件的模拟装配、干涉检查、验证分析等功能，设计完成的模型可通过工程图直接转化为CAD图纸，便于加工和安装，方便快捷。

尾绳防扭结梁的受力情况

尾绳防扭结梁主要是由主梁、托架、支梁、尼龙滚及尼龙支座、防砸护板、栅栏等组成。一般安装在立井的井底处，通过预留的梁窝或者锚杆固定在井壁上。如图1所示。

图1　尾绳防扭结梁

防扭结梁的主要受力主要来自平衡尾绳对其的作用力。

平衡尾绳悬挂装置分为扁尾绳悬挂装置和圆尾绳悬挂装置，其两者作用相同。平衡尾绳一端通过悬挂装置固定在罐笼的底部，另一端穿过尾绳防自由悬挂。平衡尾绳底端是自由摆动，随着罐笼的上下运动，平衡尾绳也是也跟着上下运动。但尾绳的实际运动是不规律的，整个尾绳摆动震源位于尾绳最低端，随着尾绳运动，摆动能量沿着尾绳向两端移动，从而带动整个尾绳进行摆动。因此尾绳对防扭结梁的作用力是变化的，非线性的。因此想要准确的计算尾绳的对防扭结梁的受力情况是十分困难的。由于尾绳是一端悬挂一端摆动的，为了便于计算可将该模型近似简化为钟摆力学模型。

当尾绳摆动到与防扭结梁接触时受力情况。如图2所示。

图2　尾绳防扭结梁受力图

所以可以得到尾绳防扭结梁在两个方向的受力如下：

尾绳防扭结梁solidworks建模及优化设计

以白家海子矿井主井井底防扭结梁为例，利用Solidworks建立模型。如图3所示。

干涉检查

图3　尾绳防扭结梁三维模型

图4　网格划分

图5　尾绳防扭结梁应力和位移云图

建模完成后，各部件尺寸可能不合理导致零件之间出现干涉。干涉是机构设计中常见的错误之一，可能最终会导致加工出的零件无法装配。Solidworks可快速的给装配体进行干涉检查，只需将装配体打开点击“干涉检查”。如果结果显示存在干涉，可反向修改零件，最终得到合理的装配关系，完成设计。

利用Simultion的有限元分析

利用Simulation可对模型的进行有限元分析，对防扭结梁进行有限元分析，获得其应力和应变等数据，利用这些数据给结构进行进一步的优化。

将建立的模型简化并导入Simulation。定义材料为普通碳钢，根据力学模型计算并施加横向载荷和纵向载荷，对模型进行网格划分。如图4所示。

分析结果

如图5所示。运行计算得到位移、应力云图。由结果可以找到最大应力和位移点，根据实际要求最薄弱环节进行优化加强。对于应力值较小的部分，如没有特殊要求可更换较小的材料，以减轻框架的重量和成本。

防扭结梁的设计应满足以下条件：

防扭结梁的变形：µ（x）≤A ，

A——设定的应变常数 。

抗压强度：

结语

防扭结梁是立井矿井提升系统的一个保证环节，它的设计合理与否一定程度上影响提升系统的工作效率，另外也影响尾绳的寿命长短。本文以白家海子矿井主井井底防扭结梁的结构为例，引入Solidworks三维软件设计，相对传统设计比较直观。设计者利用Solidworks可完成结构的建模和优化，并预先完成虚拟组装，避免了设备安装过程中的干涉问题。同时本文为该类平台的设计提供了一个解决问题的思路。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.09.032