基于Simulation的载人绞车横梁有限元分析

李瑞平

（1.中国煤炭科工集团太原研究院，山西 太原030006；2.山西天地煤机装备有限公司，山西 太原030006）

1 前言

随着“十四五”经济发展目标出台，国家更加注重高质量发展，由于绞车结构简单，维修方便，被广泛应用于矿山行业中。为准确评估绞车可靠性能，需要一种合理计算方法，传统的设计计算方法不能有效准确地对绞车性能进行估计，而有限元分析方法能够准确直观地看到分析效果，因此，本文利用Simulation 插件对载人绞车横梁进行有限元分析，评估横梁承载性能，为绞车安全运行提供资料。

2 横梁模型及约束

2.1 模型和材料

用SolidWorks 建立左右横梁模型，并导入Simulation 中，横梁的材料用345 号钢，常温下密度ρ0=7850 kg/m3, 杨氏模量210×109Pa, 泊松比0.3。

2.2 约束条件

横梁为承载部件，使用时固定在地面，在Simulation 中约束横梁底部两个U 形孔。

3 横梁有限元分析

3.1 横梁在拉力下的强度分析

绞车共有左右两个横梁，因左右横梁受力相同，单独以左横梁为研究对象。左横梁主要受到自身自重1000 kg 和拉力作用下产生的扭矩，以设计的最大2500 kg 拉力计算，单个横梁受到扭矩为

式中 F——最大拉力

R——钢丝绳转动半径

图1 为横梁的应力云图，在横梁侧面孔外边缘应力最大，最大极限应力为172.61 MPa，小于345 号钢材料的许用应力，安全系数为2，满足设计要求。图2 为横梁的位移图，最大变形发生在横梁上端边缘，最大形变为0.22637 mm。

图1 横梁在拉力下的应力云图

图2 横梁在拉力下的位移云图

3.2 横梁在刹车时强度分析

约束横梁底部两个U 形孔，在横梁侧面孔只施加2688 N·m 扭矩。图3 为横梁刹车时的应力云图，同样，在横梁侧面孔外边缘应力最大，最大极限应力为139.16 MPa，小于345 号钢材料的许用应力，安全系数为2.48，满足设计要求。图4为横梁的位移图，最大变形发生在横梁上端边缘，最大形变为0.1955 mm。

图3 横梁在刹车时的应力云图

图4 横梁在刹车时位移云图

4 结论

借助Simulation 软件对载人绞车横梁进行有限元分析，得到横梁最大拉力下最大Von Mises应力为172.61 MPa，安全系数为2；在刹车时最大Von Mises 应力为139.16 MPa，安全系数为2.48，满足强度要求。