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摩擦式提升機防過卷保護鋼絲繩應力分析(2)(圖文)

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2 提升鋼絲繩應力數(shù)值分析
      在實際運行過程中,提升鋼絲繩張力zui大的位置往往在彎曲部位。鋼絲繩展開結(jié)構(gòu)如圖3 所示。模擬真實工況下采用防過卷裝置后鋼絲繩的纏繞工況,繩股纏繞在天輪上,鋼絲繩處于純彎曲的狀態(tài)。
 


 
圖3 鋼絲繩展開結(jié)構(gòu)

      張家銘研究了纏繞式提升機鋼絲繩的振動和繩鼓力學特性。假設沒有進行捻制的鋼絲繩直徑為 δ,鋼絲繩在直徑為 D 的摩擦輪 (天輪) 上彎曲,此時,鋼絲繩的彎曲應力
 

 

      式中:δ 為鋼絲繩的直徑,mm;E 為鋼絲繩的彈性模量,MPa;D 為鋼絲繩纏繞天輪的直徑,mm。
      任意取一點作為密切平面,則

      對式 (2) 進行變換,可以得到主法線表達式為

      式中:X、Y 和 Z 為空間曲線移動的 3 個面中 心點的坐標;x、y 和 z 為變化前的空間曲線;x′、y′和 z′為變化后的空間曲線。
      此時,通過空間曲線可以計算出鋼絲繩的zui大彎曲應力

      式中:dij 為第 j 股中的第 i 個鋼絲繩只有一根鋼絲繩時的直徑值,mm;Eij 為第 j 個單根鋼絲繩的彈性模量;Kij 為在第 j 股中的第 i 個鋼絲繩層在進行變形前后的曲率,(°)/mm。
      以6×36WS+IWRC 鋼絲繩為研究對象,計算鋼絲繩的應力時,仿真設定參數(shù)如表1 所列。
表1 仿真設定參數(shù)

      將鋼絲繩纏繞在直徑為 2 m 的天輪上,在實際求解時,將計算內(nèi)部接觸點位置作為求解的計算點。此時,選取位于摩擦天輪繩槽上下兩側(cè)和右側(cè)的部分繩股作為研究對象,并且沿著順時針方向進行標記,標記出第 1、2、3、4 股。仿真分析得到的鋼絲繩應力分布如圖4 所示。
圖4 右側(cè)同向捻外股鋼絲繩彎曲應力分布

      由圖4 可知,鋼絲繩第 1 至第 4 股內(nèi)第 1 層至第3 層鋼絲的總體應力為 94.08、90.08、71.20 和 117.80 MPa。從圖中可以看出,鋼絲繩芯中 心軸的對稱軸位置處,第 1 股和第 4 股的鋼絲繩應力是沿著左右方向?qū)ΨQ分布的;右同向捻和右交互捻鋼絲繩靠近繩芯的位置彎曲應力較大。為了研究提升鋼絲繩的應力分布及分布規(guī)律,采用有限元分析法建立鋼絲繩物理模型并進行數(shù)值模擬,可以直觀得到鋼絲繩內(nèi)部以及繩股之間的應力分布。


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