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基于ANSYS的提升机卷筒安全性研究的开题报告
一、研究背景：
提升机卷筒是提升机的关键部件之一，其主要功能是通过承载绳索，实
现物料的升降。
由于卷筒在提升机运行中承担着巨大的力和压力，因此
卷筒的安全性是保障提升机运行安全的重要因素。
当前，国内外许多厂商都在研发提升机卷筒，但在实际应用过程中，还
存在着卷筒强度不足、制造工艺不合理、机械磨损严重等问题，严重影
响了提升机的稳定和安全性能。
因此，本文对提升机卷筒的安全性进行
研究，旨在提高提升机的运行安全性。
二、研究目的：
本文基于ANSYS（一种流行的有限元分析软件），对提升机卷筒进行力
学仿真分析，从材料的质量、机械结构的设计等方面入手，分析卷筒受
力过程中的应力变化和变形情况，预测其疲劳寿命，为提高提升机的稳
定性和安全性提供技术支持。
三、研究内容：
1.建立提升机卷筒的有限元模型，在ANSYS中进行力学仿真分析。
2.考虑材料参数（如材料的弹性模量和泊松比）、卷筒几何形状等因素，分析卷筒各点的最大应力和应变，为卷筒的设计和改进提供参考。
3.确定卷筒的疲劳寿命，并预测其故障概率。
4.通过对卷筒材料质量、制造工艺等方面的优化，提高卷筒的质量和性能。
四、研究意义：
本文是一项关于提升机卷筒安全性的研究，具有重要的理论价值和应用
前景。
通过对提升机卷筒的力学仿真分析，可以提高卷筒的强度和稳定
性，从而保证提升机的安全性能。
同时，本文的研究成果还可以应用于其他机械设备的设计和升级。
基于ANSYS-Workbench的模块化绞车有限元模态分析于强【摘要】Based on the real size of marine seismic modular winch,the three-dimensional modal in Solidworks was con-structed,then the modal was imported to the finite element software ANSYS Workbench.After defining material and mesh,researchers carried out modal analysis of the modular winch.The results showed:the former six natural frequency was focused on 10~40,Hz,and the maximal deformation appeared in the top cross beam and the rim of wheel hub.The paper provides a reliable theoretical basis for the design and has a directional guidance significance to the optimization ofthe structure of the modular winch.%针对海洋地震拖缆模块化绞车，基于Solidworks完成绞车框架及卷筒三维实体模型的建立，并将模型导入有限元分析软件 ANSYY-Workbench，在完成对绞车材料的定义并划分网格后对其进行模态分析。
通过计算得出模块化绞车的前六阶固有频率集中在10～40,Hz，绞车滚筒与其液压马达的工作不会与其产生共振，通过对其振型的分析得出振动形变较大区域为框架顶端横梁部分及绞车轮毂边缘，计算结果为绞车的设计提供了可靠的理论依据，且对结构的优化提出了方向性建议。
![200811 李佳,王雷等. 基于动态非线性模型的带式输送机滚筒有限元分析方法[J]. 煤矿机械,2008(11)：55~58](https://img.taocdn.com/s1/m/922efc17a216147917112813.png)
问题探讨 基于动态非线性模型的带式输送机滚筒有限元分析方法3李 佳,郑晓东,王 雷,谢里阳(东北大学机械工程与自动化学院,沈阳110004)摘要:滚筒是带式输送机的关键部件,关系到整个输送机系统的安全性和可靠性。
建立了动态非线性加载模型,提出了动态非线性载荷作用下的驱动滚筒有限元分析方法,准确映射了滚筒工作中实际载荷状态,应用工程案例进行了验证,分析结果表明该方法精度较高,对提高滚筒的设计水平有重要的意义。
关键词:输送机滚筒;动态非线性加载;ANSY S有限元分析中图分类号:T D528;TH123 文献标志码:A 文章编号:100320794(2008)1120055204 Finite E lement Analysis Method for B elt Conveyor Drum B ased onDynamic N onlinear ModelLI Jia,ZHENG Xiao-dong,WANG Lei,XIE Li-yang(Mechanical Engineering and Automation C ollege,N ortheastern University,Shenyang110004,China) Abstract:Drums are s ome key apartments of belt convey or,it is related to the convey or safety and reliability.Sets up a dynamic nonlinear loading m odel,and proposes a finite element method of analyzing the drum under dynamic nonlinear loading.The m odel can reflect accurately the actual w ork load condition of drum,an engi2 neering project is applied to verify it,the results show that the precision is high,the method has the vital sig2 nificance of raising drum overall design level.K ey w ords:convey or drum;dynamic nonlinear load;ANSY S finite element method0 前言随着C AE技术的发展,有限元方法逐渐成为设计滚筒的有效方法。
基于ANSYS/workbench的矿用自卸车货箱轻量化结构设计作者：李晓华来源：《科技创新与生产力》 2015年第9期李晓华（内蒙古生力（资源）集团有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 017000）摘要：将模型导入到ansys中对模型进行有限元静态、动态分析，得到模型的整体应力分布及其变形状况。
将货箱结构改为U型结构，并利用有限元软件对U型斗结构实施校核。
计算结果和结构设计可作为生产企业理论依据。
经过轻量化结构设计，货箱的重量减轻了1 t，原先可以载货19.3 t，现在可以达到23 t。
关键词：ANSYS；静态分析；动态分析；U型结构中图分类号：U463.32 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2015.09.047收稿日期：２０15－04－10；修回日期：２０15－06－11作者简介：李晓华（1986-），男，山东潍坊人，主要从事轻量化与自动化研究，E-mail：939435998@。
随着节能降耗要求的提高，车厢轻量化以及自洁性好成为矿用自卸车主要发展趋势[1-2]。
传统的自卸车货箱设计的边角存在死角，在卸货时容易粘箱，卸货不干净；自重较重，结构不够优化。
应力集中比较明显。
利用ansys对传统车厢进行分析发现弊端比较明显。
基于此种情况在传统车厢的基础上开发出U型的结构。
并利用ansys对其进行强度校核，观察其应力和强度情况。
1 传统货厢有限元分析传统货厢也就是平时所见的方型结构，基于传统货箱存在的种种弊端对其进行有限元分析，分析分为两种情况，一种为车辆禁止时货箱的静态分析；另一种为车辆行驶过程中，在转弯、爬坡和刹车时车辆除受货物的静载压力外，还会由于加速度原因承受一定的动载荷作用，一般对动载荷不做单独分析计算，而在静载的基础上乘以动载系数作为计算载荷[3]。
由于矿用车行驶速度偏低取动载系数为1.4，为简化货物载荷的描述，假设货物满载时呈现静水压力，载荷大小以装载不同货物的密度表示[4]。
基于AnsysWorkbench筒体吊装工具有限元分析摘要：采用AnsysWorkbench软件对筒体吊装工具进行有限元分析，通过建模仿真的方式了解筒体吊装工具的强度及变形情况，依托计算结果提出筒体吊装工具优化设计的方案。
关键词：筒体吊装工具；AnsysWorkbench；有限元分析随着现代科技的不断发展，工业制造和建筑施工等领域对于设备和材料的提出了更高的要求。
在筒体、压力容器等重型设备的制造和运输过程中，吊装工具是一种必不可少的装备。
利用吊装工具可以将筒体等重量物品从一个位置转移到另一个位置，并保证吊装过程的安全和稳定。
因此，对于吊装工具的设计和分析是非常重要的。
AnsysWorkbench作为一款常见的有限元分析软件，在应用于筒体吊装工具的分析中有着广泛的应用价值。
本研究对基于Ansys Workbench筒体吊装工具有限元分析的相关问题进行深入研究，为方案设计及失效分析提供理论支持。
1AnsysWorkbench的主要功能及应用流程1.1 AnsysWorkbench的主要功能Ansys Workbench是一款广泛应用于工业制造、建筑施工、航空航天等领域的有限元分析软件，其主要功能包括：（1）CAD建模。
Ansys Workbench具有强大的CAD建模功能，可以创建2D和3D的几何对象和组件，并快速导入各种文件格式的CAD数据文件。
（2）丰富的材料库。
针对各种不同的实际应用场合，AnsysWorkbench内置了广泛的材料数据库，包括金属、塑料、陶瓷、涂层、复合材料等多种材料，用户还可以在其基础上拓展和编辑自己的材料数据。
（3）划分单元.通过AnsysWorkbench中的划分单元工具可以给几何模型划分单元，包括四面体、六面体、棱柱体等单元类型，满足复杂结构的有限元分析需求。
（4）自由设定边界条件。
使用者可以在AnsysWorkbench中设定各种边界条件（BC），如固定、载荷或约束边界等，从而得到完整的有限元边界值问题。
0引言传动滚筒作为带式输送机的重要组成部件，其使用寿命直接影响带式输送机的正常运转，所以要求滚筒具有很高的可靠性，而其结构设计长期以来一直采用许用应力法、选型法和类比法，这些方法将传动滚筒拆成多个零件，人工求解每个零件的受力，然后分析每个零件的可靠性。
这种方法的缺陷非常明显，没有考虑零件的装配特性及零件与零件的相互作用、相互接触和相互摩擦。
使用ANSYS有限元技术，可以很好地解决这些问题，提高设计精度。
1传动滚筒简介传动滚筒是带式输送机的重要组成部件，它的作用是将驱动装置提供的扭矩传送到输送带。
驱动方式分为外驱动式和内驱动式2种。
外驱动式，即驱动装置放在传动滚筒外部，减速器直接同传动滚筒输入轴相连；内驱动式，即将驱动装置全部放在传动滚筒内部，此种方式又称为电动滚筒。
本文选用的是外驱动式传动滚筒，滚筒的基本参数：滚筒直径为800mm，滚筒宽度为1400mm，滚筒扭矩为40kNm，滚筒合力为260kN。
传动滚筒的结构如图1所示。
其中，筒体由筒皮和2个铸造接盘焊接而成。
一般来说，传动滚筒表面覆盖有橡胶或陶瓷以增大驱动滚筒与输送带之间的摩擦系数。
图1滚筒的结构图1.轴2.轴承3.辐板4.筒体5.加强肋6.包胶7.轮毂2传动滚筒有限元分析（1）模型的建立使用ANSYS有限元分析软件通过创建点、线、面，拉伸、旋转、布尔运算等功能建立传动滚筒的三维模型，滚轴材料选用45C r，弹性模量为1.93e5MPa,泊松比为0.28，许用应力为40~46MPa；筒皮、辐板材料选用Q235A，弹性模量为2.06e5MPa,泊松比为0.30，许用应力为65MPa。
由于滚筒实际结构的受力分析非常复杂，为了便于计算必须进行简化，但是简化不可避免地会引起计算误差。
因此，采用假设时，必须明确所采用的假设对于计算结果可能会产生什么影响，应尽量避免假设结果影响结构的承载力。
本文着重考查传动滚筒的整体受力情况，特做如下假定：①将倒角、圆角、孔槽、螺母等压缩处理，全部以实体代替；②不考虑轴与筒体的接触损耗；③假设输送带在整个围包角内无滑动。
JC-40绞车滚筒轴的有限元分析与优化韩玉强【摘要】The static analysis of driving pulley shaft of the drawworks convey was conducted by using the software of ANSYS10. 0. The nodal deformed shape and von Misses stress distribution figure of the shaft were obtained successfully and found the deformation and stress of maximum position, proposed the axis of the improvement plan. The result of analysis is close to the academic calculating. According to the results of analysis, strength check, rigidity check and stress-strain were calculated and the result indicated that it was accord with the regulation of API, Which indicates the result is valid. A theoretical reference for the structural optimization design of the shaft was provided.%采用有限元分析软件ANSYS10.0对JC-40绞车滚筒轴进行建模,并对轴上附件的质量和受力进行简化和静力学分析,得到了滚筒轴的节点变形云图和应力分布云图,找出变形及应力最大位置,提出轴的改进方案.滚筒轴的最大平均等效应力与解析法求解结果数值接近.根据有限元分析结果对滚筒轴的强度、应力和刚度进行校核,结果均能符合美国API的设计要求,表明该分析结果具有实际应用价值,可为大型传动滚筒轴的设计优化提供理论依据.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2011(000)008【总页数】3页(P84-86)【关键词】ANSYS10.0;滚筒轴;有限元分析【作者】韩玉强【作者单位】宝鸡文理学院机电工程系,陕西宝鸡 721007【正文语种】中文【中图分类】TD528随着我国石油钻机种类的不断扩充和生产规模的不断扩大,与钻机配套的绞车正朝着大功率、大载荷和高速的方向发展。
双层空间作业平台提高了打钻的速度，实现了钻孔、排矸和支护的平行交叉作业，使得掘进支护作业的速度整整提高了一倍。
为矿井在巷道快速掘进及施工管理提供了借鉴。
图5平面钻机布置示意图1、2、3、4.钻机参考文献：［1］曹飞飞.岩巷快速掘进优化设计及应用［D ］.邯郸：河北工程大学，2014.［2］江浩,荣学文,樊炳辉.一种智能高空作业车的设计［J ］.煤矿机械，2003，24(3):1-3.［3］武海军，苗壮，董云龙.副斜井光面爆破快速成巷技术［J ］.山西煤炭，2014,34（8）：47-48，55.［4］苗壮，武海军，陈伊涛.大断面副斜井掘进平行交叉作业优化研究［J ］.山西煤炭，2014,34（8）：8-10.作者简介：侯玮（1977-），河北邯郸人，副教授，博士，主要从事矿山安全研究，电子信箱：375668687@.责任编辑：庞振峰收稿日期：2015－04－13!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!煤矿机械Coal Mine MachineryVol.36No.07Jul.2015第36卷第07期2015年07月doi :10.13436/j.mkjx.201507106计算机应用引言矿用运输绞车是井下不可缺少的矿山辅助运输设备,主要承担人员及其物料的提升和运输。
其中，滚筒装置是矿用运输绞车在提升和运输时的主要载荷部件，滚筒通过缠绕钢丝绳提供牵引力，完成重物牵引的任务。
滚筒的可靠性直接影响到整体绞车的工作性能、工作效率和作业的稳定性，进而决定绞车的整体寿命。
然而，国内关于滚筒的设计多是采用近似公式计算,这样设计出来的产品和工程实际存在差距,安全性、可靠性难以保证。
因此对矿用运输绞车滚筒应用现代设计理论，进行强度和稳定性方面的有限元分析，对于进一步指导和完善绞车的设计具有实际意义。
本文基于ANSYS 平台对JYB-40-1.25运输绞车的卷筒装置进行了有限元分析。
1绞车滚筒结构分析及载荷计算1.1滚筒结构分析滚筒的外形尺寸主要包括滚筒的公称直径和基于ANSYS 的矿用运输绞车滚筒的有限元分析刘力，严治威（中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221116）摘要：矿用运输绞车是煤矿生产必不可少的运输设备。
其滚筒的强度直接关系着整体绞车的工作性能、工作效率和作业的稳定性，进而决定绞车的整体寿命，因此，准确分析滚筒的应力及强度显得十分重要。
针对绞车滚筒在实际运行中进行受力分析，得出绞车滚筒各部位的确切受力情况，利用ANSYS 分析软件，在滚筒装置的工作状况及受力情况的基础上，对其进行了有限元应力、强度分析,并探讨了应力分布以及在工作过程中可能出现的破坏情况，为绞车滚筒的设计和校核提供了参考。
关键词：矿用运输绞车；滚筒；受力分析；有限元应力分析中图分类号：TD534文献标志码：A 文章编号：1003－0794（2015）07－0260－03Finite Element Analysis of Mine Haulage Winch Based on ANSYSLIU Li ，YAN Zhi-wei(College of Mechanical and Electrical Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China)Abstract:The mine haulage winch is a kind of necessary transporting equipment during production in collieries.The overall performance,efficiency,and stability operations of a winch are directly related with strength of the drum,thereby determining the overall life of the winch,And therefore,accurate analysis for stress and strength of the drum is very important ．Analyzing the force in actual operation of the winch drum,drawing the force conditions in different parts of the winch drum,by means of large finite element software ANSYS and in the base of analysis of work status and power status of the drum ,analyses the stress distribution of main parts and possible damage during operation,and provides reference for the design and verification of the winch drum.Key words:mine haulage winch;drum;mechanics analysis;finite element stress analysis 570028501242241115004350260滚筒的容绳宽度，前者决定了滚筒的径向尺寸，在满足强度的前提下，为降低启动载荷和绞车重量尽可能小。
后者由于钢丝绳在滚筒上的缠绕层数是有限的，因此应选择合理的尺寸大小。
JYB-40-1.25运输绞车滚筒的结构轮廓如图1所示，其中滚筒内径总长度L=654mm，滚筒容绳宽度B＝595mm，滚筒直径D0=586mm。
图1滚筒轮廓结构1.2滚筒载荷计算针对绞车滚筒在实际运行中进行受力分析，参照绞车滚筒运行工况，可知在实际工作过程中绞车滚筒受到的力以及力矩主要包括缠绕在滚筒上的钢丝绳对滚筒壁的径向力、钢丝绳对滚筒侧板壁施加的轴向力、钢丝绳拉力对滚筒产生的扭矩以及弯矩。
（1）钢丝绳对滚筒壁的径向力滚筒所受径向力是由于钢丝绳对滚筒的缠绕作用产生的，将此力理想为滚筒的径向外压力。
将绕在滚筒上的螺旋线圈视作绳环，且在同一圈的钢丝绳张力为常数，滚筒受到的径向力为均布载荷。
当钢丝绳在滚筒上缠绕一圈时，为方便计算可以假设每圈钢丝绳对滚筒壁的径向压力均匀作用在宽度为S的圆环上,滚筒单元受力如图2所示，钢丝绳受到的拉力与滚筒对它的反力在垂直方向上的分力相平衡。
2F=2π2乙p r1D02S sinθdθ=p r1D0S（1）钢丝绳对滚筒壁的径向均布压力p r1＝2F/（D0S）（2）式中F———钢丝绳施加到滚筒上的最大拉力；S———每圈钢丝绳作用到滚筒壁上宽度，一般取钢丝绳的直径的1.1倍；D0———滚筒直径。
按最大负载拉力F max=76kN计算，可得p r1= 10.82MPa。
图2滚筒单元受力示意图考虑多层缠绕情况下，每多缠绕一层钢丝绳，都会对已缠绕的每层钢丝绳产生影响，下层的钢丝绳会受到上一层钢丝绳的挤压作用，同时滚筒筒壁的径向弯曲变形也会使钢丝绳的张力减小，进而导致筒壁上受到的压力不是随着缠绕层数的增加而成线性比例增加。
引入多层缠绕系数A n，为此，多层缠绳时，钢丝绳对滚筒筒壁施加的径向均布压力为p r n=A n p r1（3）当缠绕层数n≥7时，取A n=2.8，得p r n=30.296MPa。
（2）钢丝绳对滚筒侧板壁施加的轴向力钢丝绳对滚筒侧板壁施加的轴向力主要是由于钢丝绳在筒端缠满一层向新一层过渡时对滚筒侧板壁产生轴向推力，使得滚筒侧板产生弯曲并在侧板与筒壁过渡处产生一定的应力，该力的大小与钢丝绳的张力、缠绕层数及其钢丝绳与筒壁的摩擦因数有关。
由于每层钢丝绳间的距离很小,可以采用总挤压力在侧板上均布处理的方式进行简化。
滚筒侧板壁上的均布压力p a=Q n/2π（Dn2-D02）=0.753MPa（4）式中Q n———钢丝绳对滚筒侧板壁的挤压力，Q n＝2F（sin6.5°cos3°/tan15°-sin3°）；D n———钢丝绳缠绕的最大滚筒直径；D0———滚筒直径。
（3）钢丝绳拉力对滚筒产生的扭矩以及弯矩绞车在实际工况下，钢丝绳在一定张力下缠绕到滚筒上，钢丝绳的拉力会使得滚筒产生弯曲和扭转，由于滚筒可视为空心圆柱体，其直径比厚度大很多，截面惯性力矩较大，因此，钢丝绳拉力对滚筒产生的剪切应力及弯曲应力相对很小，可以忽略不计。
2绞车滚筒的有限元分析（1）绞车滚筒有限元模型建立由于ANSYS Workbench的建模功能在应对复杂模型时显示出很多的不足之处。
因此，可以根据滚筒的相关参数在Solidworks中建好三维模型后导入到ANSYS Workbench中以提高模型质量及简化分析工作。
对照前述滚筒的加载部位，在滚筒模型的相应位置施加载荷，由于滚筒是完全靠轴承支承的，其与轴承配合处变形很小，因此可以将滚筒与轴承的接触面看成固定约束即各个方向上均无位移。
为了提高计算精度，对滚筒采用ANSYS Workbench自带的Hex Dominant网格划分方法，Hex Dominant是以六面体为主导的网格划分方式，但是也会包含少量的金字塔单元和四面体单元。
该模型网格划分共生成节点215205个，单元59539个。
生成的有限元模型如图3所示。
其中滚筒材料参数如下：材质ZG35CrMoD sLBD0DiF D0D iθdθ滚筒p r1F钢丝绳1.滚筒2.钢丝绳261弹性模量E /MPa2.06E+5泊松比μ0.31密度ρ/t ·mm -37.81E-9屈服强度/MPa530图3绞车滚筒结构有限元网格模型（2）有限元分析结果根据滚筒的加载部位，在滚筒模型的相应位置施加载荷，滚筒的结构、载荷、约束都是对称的，为了更好地显示分析结果，因此可以只取滚筒的1/2作为显示对象，其有限元分析结果如图4所示。
（a ）滚筒的等效应力云图（b ）滚筒的等效应变云图（c ）滚筒的综合位移云图（d ）滚筒内壁沿轴线方向的应力变化曲线（e ）滚筒外壁轴线方向的应力变化曲线图4绞车滚筒有限元分析结果图由图4中（a ）、图4（b ）可知,绞车滚筒的最大应力为512.56MPa 小于滚筒材料的屈服强度，满足强度要求。
其中最大应力主要集中在滚筒与轴承结合处，这也是滚筒存在应力集中的部位。
滚筒的最大应变较小约为2.56×10-3mm ，满足设计要求，对滚筒不会产生影响。
