基于Workbench對貨運索道吊桿的分析

錢江

摘 要：文章基于Workbench對貨運索道吊桿進行了分析。

關(guān)鍵詞：Workbench；索道吊桿

滑索屬于無動力類游樂項目，游客乘坐滑具在鋼索上速降。滑具包含滑車、柔性吊帶座椅、安全套環(huán)安全帶等部件，滑具在乘客抵達下站后可以拆卸下來，通常需用車輛或貨運索道運至上站，以備下一批游客乘坐之用。這種滑索中間的貨運索道提升的滑具為雙輪不限速形式，該滑具輸送提升系統(tǒng)作為一種單索纜索起重機屬于貨運索道類別。本文要分析的就是這種類型的貨運索道的吊桿。

含驅(qū)動輪、萬向節(jié)、電機、減速機、軸承座等件的牽引機構(gòu)，我把萬向節(jié)設(shè)計成往機架側(cè)傾斜，這樣就保證了驅(qū)動輪與機架的間距達到要求，也提高了軸承座的強度。本貨運索道所提升的滑具重量為5kg，螺旋式夾索器加吊籃總重為10kg。鋼絲繩總長約1880米，理論斜長925米，跨度為919米，提升高度為95米，共40只運輸籃。間距約為47米，采用16mm纖維芯鍍鋅鋼絲繩，按92.1kg/100m計算，鋼絲繩型號為16-ZAA-6X19S+SF-1670-ZZ，其最小破斷拉力為141kN，現(xiàn)場安裝時，張緊鋼繩的張力調(diào)整應(yīng)控制在28kN以內(nèi)，控制撓度小于18米。T1=Pd*V/1000η=9120.6N.m，P1=T1*n1/9550=11kW，由于11kW電動機對應(yīng)的異步電動機直聯(lián)型的輸出扭矩T1=7442 N.m不滿足要求，考慮到載荷基本穩(wěn)定，確定采用立式得電制動異步專用電機，6極15kW，轉(zhuǎn)速為970轉(zhuǎn)/min，平行軸斜齒輪減速機傳動比i=110.03，法蘭聯(lián)接參數(shù)1型仰裝。已知驅(qū)動輪半徑0.79得出運輸籃的速度為 ω=2πn/60 i=0.92 rad/s，v=rω=0.73m/s，單位輸送量為200副滑具/小時。

按規(guī)定鋼管最小彎曲半徑應(yīng)為1.5倍鋼管直徑，但考慮到托輪間隙，及其與支架的間距，設(shè)定鋼管彎曲半徑為R210，本文著重介紹輸送籃上吊桿的分析，先將此零件在Solidworks軟件中進行精細化建模，得出其單重為4.17kg。使用通用結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS Workbench Environment（AWE）15.0多物理場協(xié)同CAE仿真軟件，對吊桿進行網(wǎng)格劃分，定義材料參數(shù)，確定約束類型，施加重力和垂直地面方向的力，通過有限元分析軟件求解。采用10節(jié)點的實體單元（Solid187），并使用六面體的網(wǎng)格劃分，分析求解如圖2所示。

當銷軸孔直徑為Φ10時，其最大應(yīng)力σmax為114.02MPa，當銷軸孔直徑為Φ12時，其最大應(yīng)力σmax為84.288MPa，Q235-B材料的許用抗拉強度σb為375MPa，得出安全系數(shù)為n=σb/σmax=375/84.288=4.45>3.5，符合GB8408-2008游樂設(shè)施安全規(guī)范規(guī)定的要求，（貨運架空索道安全規(guī)范 GB 12141-1989無此安全系數(shù)的規(guī)定，本設(shè)計是以高標準嚴要求為出發(fā)點的）。為了優(yōu)化設(shè)計與節(jié)約銷軸材料并滿足使用要求，確定銷軸孔直徑為Φ12，鋼管材料為Φ38*6無縫管。

另外本公司相關(guān)人員對這套貨運索道整體采用線模型進行建模分析，采用ANSYS15.0經(jīng)典版和midas NFX有限元分析軟件對本設(shè)備進行了合理化簡化假設(shè)。通過群策群力、分析論證，得出這種貨運索道方案是安全可靠的。公司目前已經(jīng)在進行該產(chǎn)品的試制，該產(chǎn)品即將安裝于國家AAAA級風(fēng)景區(qū)海南省保亭七仙嶺。40只鍍鋅籃架吊桿和不銹鋼籃體防腐蝕性能良好，該設(shè)計既考慮到森林樹木保護及規(guī)劃要求，又為景區(qū)增添了一道亮麗的風(fēng)景線。