【多绳摩擦式提升机结构设计10000字（论文）】

多绳摩擦式提升机结构设计摘要多绳摩擦式提升机是矿山生产中的关键设备，被广泛应用于煤炭、金属等矿山开采行业中，承担着沟通井上、井下，运送人员、物资的任务，有矿山的“咽喉设备”之称，提升机性能的好坏直接影响到矿山的正常生产和工人的生命安全，因此提升机的安全性与可靠性备受关注。处于安全性质考虑本文基于多绳摩擦式提升机结构进行设计，研究的内容如下：（1）介绍了多绳摩擦式提升机的结构特点、工作原理和受力状态；研究了摩擦轮的外载荷分布规律；论证了提升机主轴装置摩擦轮强度计算的几种方法。（2）建立了提升系统的连续弹性体数学模型，研究摩擦式提升系统尤其是钢丝绳的动力学特性。（3）依据冲击限制设计理论，在选用合适的加速度控制曲线的基础之上，推导了适合梯形加速度控制曲线的钢丝绳张力计算公式，为对主轴装置进行动力学分析奠定了基础。（4）建立了提升机主轴装置的有限元模型，对多绳摩擦式提升机的主轴装置进行瞬态动力学分析，研究主轴装置的动力学响应特点；在上述计算的基础上，对摩擦轮进行了疲劳分析，估算了摩擦轮的使用寿命。关键词：多绳摩擦式；提升机；疲劳计算目录TOC\o"1-3"\h\u275201绪论 1226241.1多绳摩擦式矿井提升机的特点 1303421.2多绳摩擦式提升机的优点 148461.3多绳摩擦式提升机的缺点是 1106502多绳摩擦式提升机主轴装置 3288263多绳摩擦式提升机结构设计 6200943.1提升系统载荷特性分析和冲击限制设计 6246653.1.1连续弹性体数学模型的建立 670773.1.2连续弹性体模型下提升钢丝绳的动力学方程 7319613.2钢丝绳动力学微分方程的求解 9120073.2.1钢丝绳齐次动力学微分方程的求解 9109893.2.2钢丝绳非齐次动力学微分方程的求解 1117263.2.3恒定加速度下提升钢丝绳的动张力响应 13123673.3摩擦式提升机的冲击限制设计 15139483.3.1摩擦式提升机冲击限制的理论研究 15116573.3.2冲击限制设计中的动力学计算基本公式 17135903.3.3冲击限制值的计算 17317443.3.4采用梯形加速度控制曲线时提升机的运动学计算 18254733.3.5采用梯形加速度控制曲线时提升钢丝绳张力计算 20147074建模与仿真 2137584.1几何模型 21216224.1.1单元类型和网格划分 2247744.1.2仿真结果与动态测试结果比较 22188564.2疲劳分析 24121264.2.1疲劳参数的确定 24326954.2.2应力、事件循环次数和比例因子 25259034.2.3疲劳分析结果 2524689总结 257708参考文献 261绪论1.1多绳摩擦式矿井提升机的特点多绳摩擦式提升机是在单绳摩擦式提升机的基础上发展来的，即采用几根直径比较细的提升钢丝绳代替原来只用一根直径比较粗的提升钢丝绳来工作。多绳摩擦式提升机的工作原理是，提升钢丝绳搭挂在摩擦轮上，摩擦轮两侧的提升钢丝绳上各悬挂一个提升容器，或者一端悬挂提升容器，另一端悬挂平衡重锤，摩擦式提升机借助于摩擦轮上安装的摩擦衬垫与提升钢丝绳之间的摩擦力，从而将电动机的动力经过摩擦轮传递到提升钢丝绳，使提升容器上下移动，完成提升或下放重物的工作。1.2多绳摩擦式提升机的优点（1）提升钢丝绳不是缠绕在卷筒上的，所以其提升高度不受卷筒容绳量的限制，更加适用于深井提升，这也是多绳摩擦式提升机相对单绳缠绕式提升机比较突出的特点；（2）由于提升容器由数根提升钢丝绳共同承担，提升钢丝绳的直径相比于提升同样载荷时单绳缠绕式提升机的小，因此导致摩擦轮的直径较小，因而与同样提升载荷的单绳缠绕式提升机相比，多绳摩擦式提升机具有体积小、重量轻、容易制造、安装和运输方便等特点；（3）多绳摩擦式提升机运动惯量较小，拖动电机的容量和耗电量相对较小；（4）在卡罐或者过卷的情况下，摩擦轮和提升钢丝绳之间有可能打滑，可有效避免钢丝绳断裂事故的发生；（5）由于多根提升钢丝绳共同承担提升载荷，几根钢丝绳被同时拉断的可能性较小，因而提高了提升机运行的安全性和可靠性，可以不设防坠器，简化了罐道的结构；（6）一般采用相同数量的左捻和右捻提升钢丝绳对称布置，这样可以消除提升钢丝绳在运行过程中由于捻向造成的扭力，减轻提升容器由于提升钢丝绳扭力而作用于罐道的压力，既降低了运行中的摩擦阻力，又减轻了提升容器与罐道之间的单向摩擦，延长了罐道和提升容器的使用寿命。1.3多绳摩擦式提升机的缺点是（1）更换提升钢丝绳时的工作量较大，维修、调整钢丝绳的工作也比较复杂；（2）当有一根提升钢丝绳损坏需要更换时，为了保持所有钢丝绳具有同样的工作条件，则需要更换所有的钢丝绳；（3）提升钢丝绳的绳长不能调节，因此，双钩提升不能同时用于几个中段提升，同时，也不适用于凿井提升作业；（4）当矿井很深时，提升钢丝绳的故障比较多，因而不适用于特别深的矿井提升；（5）由于提升钢丝绳数量较多，直径较细，因而增加了钢丝绳的暴露面积，钢丝绳受矿井中腐蚀气体侵蚀的面积也增加了，加之钢丝绳和其中钢丝的直径都比较小，使钢丝绳耐磨性降低，多种因素的综合作用降低的了钢丝绳的使用寿命。按照布置方式的不同，可以把常用的多绳摩擦式提升机分为塔式多绳摩擦式提升机和落地式多绳摩擦式提升机两大类，其中，塔式多绳摩擦式提升机又分为有导向轮的塔式多绳摩擦式提升机和无导向轮的塔式多绳摩擦式提升机两种类型。这两大类多绳摩擦式提升机的布置示意图如图1-2所示，图中1-2a）为无导轮塔式多绳摩擦式提升机布置图，1-2b）为有导轮塔式多绳摩擦式提升机布置图，图1-2b）为落地式多绳摩擦式提升机布置图。a）无导轮塔式多绳摩擦式提升机b）有导轮塔式多绳摩擦式提升机c）落地式多绳摩擦式提升机图1-2多绳摩擦式提升机布置示意图塔式多绳摩擦式提升机的优点是：提升机设备的布置不受矿井地形限制，结构紧凑，占地少；不需要设置天轮；全部载荷垂直向下，井塔稳定性较好；钢丝绳不会裸露在雨雪之中，摩擦系数和使用寿命较高。其缺点是：设备的安装费用比落地式的高，同时提升塔比普通井架更加庞大、复杂，前期工程需要高额的基础设施建设费用；抗震性能不如落地式提升机好。落地式多绳摩擦式提升机的优点是：提升机安装在地面的机房内，不需要建设提升塔，在井筒上设置井架，安装两组天轮，基础设施建设费用较低，前期投入较少；抗震性能好。其缺点是：需要更长的提升钢丝绳；有部分提升钢丝绳暴露在雨雪之中，提升钢丝绳的摩擦系数和使用寿命较低。目前，多绳摩擦式提升机的发展方向是：重点发展落地式多绳摩擦式提升机，研究其用于斜井、特浅井和盲井的可能性，扩大其应用范围；采用新结构，应用新技术、新材料，以减小设备的体积和重量；采用自动化控制技术，提高提升机工作的自动化、智能化水平；注重提升系统的可靠性设计，提高提升过程的安全性和可靠性。2多绳摩擦式提升机主轴装置多绳摩擦式矿井提升机主轴装置是由主轴、摩擦轮、制动盘、轴承、轴承座、轴承盖、轴承梁、高强度螺栓组件、摩擦衬垫、固定块、压块、夹板等零部件组成的，多绳摩擦式提升机主轴装置图如图2-1所示。主轴装置是摩擦式提升机的工作机构，也是多绳摩擦式提升机最重要的承载部件，不但承载了电动机的全部转矩，而且还承受了设备运行时摩擦轮两侧提升钢丝绳的各种动载荷和冲击载荷。图2-1多绳摩擦式矿井提升机主轴装置图提升机主轴承受了整个主轴装置的自重、外载荷，同时传递全部转矩，为了增大提升机的提升能力，提高其提升速度、安全性和可靠性，提升机主轴采用整体式锻造结构，在轴上直接锻造出一个或两个法兰盘后经机加工而成。摩擦轮多采用整体式全焊接结构，少数大型摩擦轮做成两半剖分式的结构，在结合面处采用定位销和高强度的螺栓进行联接；对于许多小型的多绳摩擦式提升机，制动盘是焊接在摩擦轮轮壳上的，大型多绳摩擦式提升机多采用双制动盘形式，为便于运输和更换，制动盘做成两半，用高强度螺栓与摩擦轮联接，成对安装在摩擦轮上，采用大平面摩擦副传递制动力矩。轴承采用调心滚子轴承，与滑动轴承相比调心滚子轴承效率高、体积小、维护方便、寿命长，且允许绕轴承中心有微量转动，可以补偿由于主轴受力弯曲和热胀冷缩而带来的轴向位移。摩擦衬垫采用聚氨醋或高性能摩擦材料制成，摩擦系数分别为0.2、0.23和0.25或更高，井塔式提升机的摩擦衬垫为单绳槽，而落地式提升机的摩擦衬垫为双绳槽。图2-2（Ⅰ）型多绳摩擦式提升机图2-3（Ⅱ）型多绳摩擦式提升机图2-4（Ⅲ）型多绳摩擦式提升机图2-5（Ⅳ）型多绳摩擦式提升机多绳摩擦式提升机主轴装置由于传动方式、拖动方式等因素的不同而产生了多种不同的结构形式。如图2-2所示，提升机主轴和拖动电机之间采用星型减速器传递动力，提升机主轴端部配有两对切向键，与减速器之间采用齿轮联轴器联接，该型提升机为（Ⅰ）型提升机；如图2-3所示，当将（Ⅰ）型提升机的减速器改为平行轴减速器时，该型提升机为（Ⅱ）型提升机；如图2-4所示，提升机主轴为单伸轴，不带减速器，采用低速直连电机拖动，电动机轴与提升机主轴共轴，电动机与提升机主轴采用锥面过盈联接或者双夹板联接，该型提升机为（Ⅲ）型提升机；如图2-5所示，提升机为双伸轴，动力为两台低速直联电机，两台电动机的转子分别分布于提升机摩擦轮的两侧，并且与提升机主轴共轴，该型提升机为（Ⅳ）型提升机。3多绳摩擦式提升机结构设计3.1提升系统载荷特性分析和冲击限制设计3.1.1连续弹性体数学模型的建立图3-1所示为摩擦式提性、惯性和阻尼，实际上摩擦式提升机的这些性质是非常复杂的，为了能够运用数学工具对提升机的振动特性进行准确地描述和分析，需要对实际的摩擦式提升机作一定程度的简化：忽略次要因素，简化提升机的刚度、质量、阻尼等参数的性质和分布规律，建立既能反映摩擦式提升机实际动力学特性，又能进行计算分析的动力学模型。图3-1摩擦式提升机的连续弹性体数学模型图摩擦式提升机的动力学模型有以下几点基本假设：（l）提升机驱动装置的阻尼较小，对驱动装置的振动频率影响不大，可以忽略。（2）摩擦衬垫和提升钢丝绳之间为摩擦结合，提升钢丝绳在摩擦轮上没有滑动。（3）将摩擦轮两侧的提升容器简化为两个集中质量，摩擦轮两侧的钢丝绳简化为具有分布载荷的弹性线。（4）摩擦轮两侧的尾绳只考虑质量，并把创门集中到两侧的提升容器上。（5）把多根钢丝绳简化为具有等效截面积的一根钢丝绳。（6）提升钢丝绳的变形符合虎克定律，全部长度范围内弹性模量不变。（7）提升钢丝绳和提升容器的横向振动影响很小，可以忽略。模型的坐标系原点建立在原始位置。此坐标系下提升机的各个元件处于不受力状态，所求得的动力学响应为提升钢丝绳的总位移和总张力，不仅包括提升钢丝绳的动位移和动张力，还包括提升钢丝绳的静位移和静张力，可以真正反映出提升钢丝绳的受力情况。3.1.2连续弹性体模型下提升钢丝绳的动力学方程为了更加准确地描述和研究摩擦式提升机的动态特性，将提升钢丝绳作为一个连续弹性体进行研究，把钢丝绳的弹性、惯性和阻尼全都作为连续分布的力学模型。连续系统采用偏微分方程进行数学描述，连续弹性体由无数个质点组成，因此就具有了无限多个自由度，可以更加有效地模拟提升钢丝绳。当摩擦式提升机加速运行时，提升钢丝绳与摩擦轮卷筒的相遇点处的加速度为，奔离点处的加速度为。对于重载侧的提升钢丝绳，取距离相遇点为x的微元体dx，在x处钢丝绳的弹性位移为w（x，t），则在x处钢丝绳截面内的张力可表示为式中S（x，t）一一提升钢丝绳截面内的张力（N）；N1一一提升钢丝绳的数量（根）；E一一钢丝绳的弹性模数（N/mm2）；A一一提升钢丝绳的截面积（mmZ）；一一提升钢丝绳的韧性参数；一一提升钢丝绳的变形。在相距无穷小距离的处钢丝绳截面内的张力可表示为式中Pk一一钢丝绳单位长度质量（kg/m）。被截出单元dx的运动微分方程式为简化后得到系统的运动微分方程式为（3-1）式中一一重载侧钢丝绳弹性波传播速度，。在截面中弹性位移为由静位移和动位移两部分组成。静位移W01是由绳端载荷和钢丝绳的自重引起的变形，其计算式为（3-2）重载侧提升钢丝绳的静张力，的计算式为（3-3）将式（3-2）代入式（3-1），经过简化后可以得到重载侧提升钢丝绳距相遇点x的微元体dx的运动微分方程式为（3-4）同理，空载侧提升钢丝绳，取距奔离点为y的微元体dy的运动微分方程式为（3-5）空载侧提升钢丝绳的静张力的计算式为（3-6）综上所述，图3-5中提升钢丝绳的运动学方程式可表示为（3-7）在任意时刻t提升钢丝绳与摩擦轮相遇点和奔离点的边界条件为当时，；当时，。当时，（3-8）当时（3-9）一般情况下，初始条件为（3-10）为便于研究，本文主要以重载侧钢丝绳的运动微分方程为例进行分析，其齐次微分方程为（3-11）其对应的边界条件为：当时，。当时，（3-12）3.2钢丝绳动力学微分方程的求解3.2.1钢丝绳齐次动力学微分方程的求解设方程式（3-11）的解为。。其中，为坐标；的函数，为时间的函数。将代入式（3-11）可以得到即设由此可得函数和的二阶线性微分方程式为（3-13）式（3-13）中X的解为（3-14）积分常数C和D的值由边界条件确定。当；时，，经过计算可解得系数C=O。因此（3-15）当时，解得（3-15）式中—重载侧提升钢丝绳质量与绳端载荷之比，将式（3-15）代入式（3-16）可得式中——超越方程的根，。式（3-17）是一个超越方程式，拥有无穷的根，可用图解法求出。与的关系见表3-1。表3-1与的关系表因此，X的基本函数为（3-18）式（3-11）的解为（3-19）式中，——积分常数，由初始条件确定：——钢丝绳的振动频率，；——阻拟系数，；——考虑阻尼时钢丝绳的振动频率，。3.2.2钢丝绳非齐次动力学微分方程的求解由于带绳端荷重的提升钢丝绳系统，基本函数X不是正交的，即基本函数X对x的导数却是正交的，即（）基本函数X对x的导数却是正交的，即因此，采用广义坐标法来进一步研究式（3-4）的非齐次动力学微分方程。设提升钢丝绳任意截面的位移为（3-20）式中——问题的基本函数；——权与时间有关的广义坐标用拉格朗口方程可以求得提升钢丝绳的动力学微分方程为：（3-21）式中——对应于广义坐标用的广义激励力。在任意激励力的作用下，系统的响应为（3-22）提升系统的广义力（3-23）由于则将式（3-23）代入式（3-20）可以解得（3-24）式中那么，重载侧提升钢丝绳的动张力为（3-25）同理可得，空载侧提升钢丝绳的动张力为（3-26）3.2.3恒定加速度下提升钢丝绳的动张力响应在传统提升系统中，提升机的启动、制动加速度值为矩形特征。加速阶段的运行时间为T，提升机匀速运行速度为 V，那么，a（t）=a。将a（t）代入式（3-24）中的A（t）可得（3-27）式中：当，经计算可得加速度响应值的最大值为（3-28）设，则随变化数值的大小如表3-2所示表3-2随变化数值表由表3一2可知，随睿的增加，提升钢丝绳的加速度响应峰值逐渐减小，钢丝绳的振动幅度也逐渐减弱。将式（3-27）代入式（3-25）、式（3-26），同时考虑钢丝绳的波动特性，可以得到提升机在采用恒定加速度时提升钢丝绳动张力的计算式为（3-29）由于那么式（3-29）可简化为（3-30）当时；当，因此，式（3-30）在时，在点处的提升钢丝绳动张力的计算公式为（3-31）按照摩擦式提升机的二自由度数学模型计算时的钢丝绳动张力的计算公式为（3-32）按照摩擦式提升机的连续弹性体数学模型计算时，如果忽略掉级数负项的影响，钢丝绳动张力的计算公式为（3-33）由式（3-31）、式（3-32）、式（3-33）可以看出，按照二自由度数学模型计算的钢丝绳动张力的值较小；按照连续弹性体数学模型计算时，如果忽略掉级数负项的影响，钢丝绳动张力的值较大；按照连续弹性体数学模型计算而且不忽略掉级数负项的影响时，钢丝绳动张力的值介于两者之间，结果是比较准确的。实际应用中的钢丝绳的质量与绳端载荷的比值刀通常是小于1的，因此，计算提升钢丝绳的动张力时可以按式（3-31）计算。按照刚体动力学对摩擦式提升机建模并计算得到提升钢丝绳的动张力为由式（3-31）和式（3-34）可以看出，当提升机采用恒定加速度时，提升钢丝绳的弹性动张力值约为按刚体动张力学计算结果的2倍，这么大的动张力不但可能导致局部摩擦传动失效，降低了摩擦提升的可靠性，还会对主轴装置、电动机等部件带来较大的冲击载荷，影响设备的使用寿命。3.3摩擦式提升机的冲击限制设计3.3.1摩擦式提升机冲击限制的理论研究传统的提升机加速度控制曲线多为阶跃特性，当设备启动时加速度从零迅速上升到最大，加速度的变化率处于不可控状态，启动冲击很大，使得提升钢丝绳的动张力很大，提升机、电动机等在设备启动过程中也承受了较大的冲击负载。动力学试验和研究发现，当提升机的启动加速度从零开始，沿着某一条给定的曲线逐渐上升到最大时，可以减小甚至消除提升机启动过程中的冲击振动，减小提升钢丝绳的动张力，这样的加速度值是不断变化的，采用PLC等控制系统，可以使提升机按照任何给定的曲线运行。为了限制提升机启动时的冲击振动，有效地限制或者消除提升钢丝绳的弹性振动，减小钢丝绳的动张力，研究发现采用梯形、正弦形、抛物线形和三角形加速度控制曲线值最小，都能取得很好的冲击限制效果。其中，梯形加速度控制曲线的加速度峰三角形加速度控制曲线的加速度峰值最大。0t1t/st2图3-2梯形加速度和速度控制曲线梯形加速度和速度控制曲线如图3-2所示，已经被广泛地应用于提升机的加速和减速控制中。设梯形加速度和速度控制曲线中的为大于零的正数，为提升钢丝绳基波振动周期，N为正整数）。则梯形加速度和速度控制曲线的计算公式为（3-35）（3-36）梯形加速度控制曲线的加速度的最大值为。则随N和KN、变化的数值如表3-3所示。由表3-2可以看出，随着N的增大，加速度最大值逐渐变小，随着K的增大，梯形加速度控制曲线的加速度最大值逐渐变小。表3-3随N和KN变化的数值表由式（3-24）中的项，可得到梯形加速度曲线的加速度响应计算公式为（3-35）设为提升钢丝绳基波振动周期，当N=20时，随KN、变化的数值见表3-4。由表3-4可以看出，当为最大，此时提升钢丝绳的动张力与恒定加速度相同。随着KN的增大，和的值在急剧的减小，这种情况表明提升钢丝绳的动张力响应有了明显的减小。当KN为1和2时，=0，表明提升钢丝绳的弹性振动消除，钢丝绳的弹性动张力等于刚体动张力，钢丝绳的弹性加速度等于提升机的加速度。表3-4随KN变化的数值由此可知，采用合理的梯形加速度控制曲线，不仅可以减小提升钢丝绳动张力的幅值，还可以限制甚至消除提升钢丝绳的弹性振动。3.3.2冲击限制设计中的动力学计算基本公式根据冲击限制理论，当提升机的启动采用合适的梯形加速度控制曲线时，提升机的启动加速度将从零开始沿着梯形曲线逐渐加速，可以有效的减小甚至消除提升机启动过程中的冲击振动，大大减小提升钢丝绳的动张力，提高设备工作的平稳性和停车的准确度。下面按照梯形加速度控制曲线的冲击限制理论，推导出了一套适合应用于工程实际问题中的动力学计算公式。对于变加速阶段：（3-36）式中一一冲击限制值（加、减速度变化率）（m/s3）。（3-37）（3-38）对于恒定加速度阶段：（3-39）（3-40）3.3.3冲击限制值的计算弹性波传播速度的计算公式为（3-41）式中E一一提升钢丝绳的弹性模量（N/mm2）；A一一提升钢丝绳的面积（mm2）；PK一一提升钢丝绳单位长度质量（kg/m）。基波振动频率的计算公式为（3-42）式中1——超越方程的根，1与1的关系见表3-1；L——悬垂提升钢丝绳长度（m）。弹性波振动周期计算公式为（3-43）冲击限制值计算公式为（3-44）式中——提升机加速、减速阶段的冲击限制值（m/s3）——提升机加、减速度（m/s2）3.3.4采用梯形加速度控制曲线时提升机的运动学计算本论文研究的提升机是箕斗提升外动力卸载方式，其提升过程分为三个阶段，变加、减速度曲线和提升速度曲线如图3-3所示。（1）梯形加速阶段时间及行程计算梯形加速开始阶段梯形加速中间阶段梯形加速终了阶段梯形加速阶段总运行时间梯形加速阶段总运行距离（2）梯形减速阶段梯形减速开始阶段梯形减速中间阶段梯形减速终了阶段梯形减速阶段总运行时间梯形减速阶段总运行距离（3）等速阶段等速阶段运行距离等速阶段运行时间a）加、减速度图b）提升速度图图3-3变加、减速度曲线和提升速度曲线3.3.5采用梯形加速度控制曲线时提升钢丝绳张力计算当采用合理的梯形加速度控制曲线时，提升钢丝绳的弹性振动消除，钢丝绳的弹性动张力等于刚体动张力，钢丝绳的弹性加速度等于提升机的加速度。因此，为了使钢丝绳张力的计算更加简便，在合理选择梯形加速度控制曲线的基础上，本文对原有的几个钢丝绳张力计算公式进行了简化。简化后摩擦轮两侧提升钢丝绳张力计算公式为（3-45）式中L1，L2一一摩擦轮两侧提升钢丝绳悬垂长度（m）；L1，L2一一摩擦轮两侧平衡绳的长度（m）；Q一一提升容器的载荷（kg）；QZ一一提升容器的质量（kg）；N1一一提升钢丝绳数量（根）；PK一一提升钢丝绳单位长度质量（kg/m）；n1一一平衡绳的数量（根）；qk一一平衡绳的单位长度质量（kg/m）。在提升机的提升过程中，提升加速度、速度和提升载荷等都是在不断变化的，因此，钢丝绳的张力也是在不断变化的。4建模与仿真4.1几何模型多绳摩擦式提升机主轴装置主要由主轴、摩擦轮、滚动轴承、轴承座、轴承盖、轴承梁、摩擦衬垫、固定块、压块、高强度螺栓等部件组成一个复杂的装配系统。典型的主轴装置三维实体如图4-1所示。图4-1提升机主轴装置的三维实体图图4-2提升机主轴装置的儿何模型图在实际工况下，提升机主轴装置各个零部件之间没有相对运动，可以将主轴装置作为一个整体进行研究，这样可以把主轴和摩擦轮之间的相互作用考虑在内，从而使计算结果更加符合实际情况。在建立有限元计算模型时，需要对主轴装置的实体模型进行必要的简化，只考虑摩擦轮和主轴这两部分，并对其强度进行计算分析。提升机主轴装置的几何模型如图4-2所示。在对所建立的模型进行整体分析时，不考虑模型各部件之间的接触关系。虽然这将会影响到主轴装置的局部模拟计算结果，特别是在接触部位，但是，这样做并不影响主轴装置的整体分析结果，同时，也大大降低了计算的难度。本文利用有限元软件ANSYS直接建立主轴装置的几何模型。为了方便施加载荷和约束，对主轴装置的模型进行了分区处理。4.1.1单元类型和网格划分提升机主轴和摩擦轮所用材料的为：提升机主轴材料为45Mn，摩擦轮材料为16Mn，材料的具体属性见表4-1所示。表4-1主轴装置材料属性表提升机主轴装置主要由主轴和摩擦轮两部分组成，均采用采用三维实体单元，建立了由实体单元Solidl87和Solid95组合的主轴装置的有限元计算模型。单元总数71415个，节点总数为131368个。有限元计算模型如图4-3所示。图4-3有限元计算模型4.1.2仿真结果与动态测试结果比较提升机动态性能测试的主要目的是为了研究提升机的动载荷特性，验证提升机主轴装置的应力状态，在这里列出3号、5号、7号三个测试点和它们对应的仿真分析中的三个节点111357、12315、4505的结果，并将两者进行比较。动态测试中摩擦轮上的典型测试点在提升机匀速提升时的应力变化如图4-26—图4-28所示。由图中可以看出，尽管各点的应力动态特性有所区别，但摩擦轮上的应力变化呈现明显的动态过程，且应力值在小范围内波动，这点与本文有限元应力分析结果一致，进一步证实了提升机摩擦轮的载荷特性。图4-26提升时3#测点应力曲线图图4-27提升时5#测点应力曲线图图4一28提升时7#测点应力曲线图图4-29一图4-31为摩擦轮典型位置的应力仿真结果，由图中可以看出，其应力变化规律与实验结果一致，说明了仿真结果的正确性，具有一定参考价值。时间/s图4-29节点111357处52方向应力曲线图时间/s图4-30节点12318处SXZ方向剪应力曲线图时间/s图4-31节点4808处SY方向应力曲线图4.2疲劳分析4.2.1疲劳参数的确