基于Simulation的載人絞車橫梁有限元分析

李瑞平

（1.中國煤炭科工集團太原研究院，山西 太原030006；2.山西天地煤機裝備有限公司，山西 太原030006）

1 前言

隨著“十四五”經濟發展目標出臺，國家更加注重高質量發展，由于絞車結構簡單，維修方便，被廣泛應用于礦山行業中。為準確評估絞車可靠性能，需要一種合理計算方法，傳統的設計計算方法不能有效準確地對絞車性能進行估計，而有限元分析方法能夠準確直觀地看到分析效果，因此，本文利用Simulation 插件對載人絞車橫梁進行有限元分析，評估橫梁承載性能，為絞車安全運行提供資料。

2 橫梁模型及約束

2.1 模型和材料

用SolidWorks 建立左右橫梁模型，并導入Simulation 中，橫梁的材料用345 號鋼，常溫下密度ρ0=7850 kg/m3, 楊氏模量210×109Pa, 泊松比0.3。

2.2 約束條件

橫梁為承載部件，使用時固定在地面，在Simulation 中約束橫梁底部兩個U 形孔。

3 橫梁有限元分析

3.1 橫梁在拉力下的強度分析

絞車共有左右兩個橫梁，因左右橫梁受力相同，單獨以左橫梁為研究對象。左橫梁主要受到自身自重1000 kg 和拉力作用下產生的扭矩，以設計的最大2500 kg 拉力計算，單個橫梁受到扭矩為

式中 F——最大拉力

R——鋼絲繩轉動半徑

圖1 為橫梁的應力云圖，在橫梁側面孔外邊緣應力最大，最大極限應力為172.61 MPa，小于345 號鋼材料的許用應力，安全系數為2，滿足設計要求。圖2 為橫梁的位移圖，最大變形發生在橫梁上端邊緣，最大形變為0.22637 mm。

圖1 橫梁在拉力下的應力云圖

圖2 橫梁在拉力下的位移云圖

3.2 橫梁在剎車時強度分析

約束橫梁底部兩個U 形孔，在橫梁側面孔只施加2688 N·m 扭矩。圖3 為橫梁剎車時的應力云圖，同樣，在橫梁側面孔外邊緣應力最大，最大極限應力為139.16 MPa，小于345 號鋼材料的許用應力，安全系數為2.48，滿足設計要求。圖4為橫梁的位移圖，最大變形發生在橫梁上端邊緣，最大形變為0.1955 mm。

圖3 橫梁在剎車時的應力云圖

圖4 橫梁在剎車時位移云圖

4 結論

借助Simulation 軟件對載人絞車橫梁進行有限元分析，得到橫梁最大拉力下最大Von Mises應力為172.61 MPa，安全系數為2；在剎車時最大Von Mises 應力為139.16 MPa，安全系數為2.48，滿足強度要求。