单轨吊人车结构的优化设计与研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
调取 Ansys 中的材料库，将单轨吊人车材料设 置为钢属性，使用自动网格划分功能对模型进行网 格划分，生成四面体单元，对联接梁接触处要采取局 部加密措施，提高计算结果的准确度。网格生成图如 下图 3、图 4 所示。
效应力、等效应变、变形量等主要指标。优化前吊车
分析结果省略，优化后分析结果如下图所示。
一般的单轨吊车结构形式大同小异，车身主体 主要由人车框架、耳座、联接梁、滑轮构成。运行过程 中主要依靠滑轮在轨道上的滑移将人与车悬空移 动，直至送至目的地。吊车牵引动力主要来源于与联 接梁连接的牵引机车，机车负责吊车的启动和制动。 联接梁可以将车体保护起来，当人员上车或者紧急 制动时避免受到瞬时冲击，使得运行过程更加稳定 安全。车体只负责人的承载，不会受到拉力与冲击 力，拉力与冲击力主要由联接梁承载。
图 5 为优化设计后的人车应力分布图，图 6 优
化设计后的人车应变分布图，结合图 5—图 7 可得
各项指标如表 1 所示。
F:Satic Structura（l ANSYS） Equivalent Stress Type：Equivalen（t von-Mises）Stress Unit：Pa Time：1 2018-3-10
而且研究受力时应该考虑单轨吊车受力最大的 情况，根据实际运行中单轨吊车受力变化，可得吊车 在紧急制动时，受到的冲击力是最大的，所以研究时 我们就针对这种情况来考核单轨吊人车的强度[5-6]。
利用 Ansys 前处理 Solidworks 软件进行两种单 轨吊人车模型的搭建，由于 Ansys 有强大的模型处 理设置，所以需要将生成的基本模型导入 Workbench 软件中，模型接触处不用进行合并会直 接自动合并为接触对，结合实际应用，再对接触对进 行调节。
使用有限元软件 Workbench 构建单轨吊车优化 前后的三维模型，优化前后模型三维图如图 1、图 2 所示。优化前的单轨吊车采用双座并排的布置方式， 优化后的单轨吊车采用单排连坐的布置方式，使得 单轨吊人车的横向面积缩减，避免与工作面巷道发 生碰撞。
优化前后的具体区别如下：受力对象发生改变， 单轨吊车由间接受力变为直接受力，为了提高车体 强度与最大屈服力，选材选用刚度和强度都较高的 槽钢，减小单轨吊车在运行过程中的故障率，增大安
总第 193 期 2019 年第5 期
设计理论与方法
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 193 No.5，2019
DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2019.05.016
单轨吊人车结构的优化设计与研究
韩俊国
变与变形量的大小，验证了优化后的优越性，值得在井下实际运行中推广。
关键词：Ansys Workbench 单轨吊人车 结构优化 等效应变
中图分类号：TD355
Байду номын сангаас
文献标识码：A
文章编号：1003-773X（2019）05-0036-03
引言 单轨吊人车是煤矿井下一种常见的运输设备，
可运人、运物，且具有价格低廉、使用方便、体积小、 运输效率高、故障少等优点。为了保障单轨吊人车 运人、运物的安全性和稳定性，必须对其结构进行 受力分析，并找出最易发生形变破坏的部位，采取 针对性的结构优化措施，对重点防护部位进行保 护。除了单轨吊人车自身结构局限性外，还需考虑 运行过程中的人机工程学，比如：运行过程中滑轮 座的润滑度、紧急停止的缓冲性，以及上车上物的 瞬时冲击对单轨吊车的影响、防治与周边轨道的摩 擦和碰撞等。单轨吊车的工作原理是利用滑轮与两 对耳座的销连接，将滑轮固定在上方轨道，吊车借 助滑轮的运移悬空移动。所以，分析了吊车的静态 结构，不难发现人车框架与设备连接处是最易发生 安全事故的部位[1-3]。因此，运用有限元软件分析受 力和等效应变，针对易发生危险工况的局部结构进 行改造升级。 1 单轨吊牵引人车的结构形式分析
1.580e8Max 1.404e8 1.228e8 1.053e8 8.777e7 7.022e6 5.266e5 3.511e3 1.755e2 0.000e0
另一种单轨吊人车运行模式需要考虑单轨吊人 车的结构，就是无极绳绞车牵引，这种吊车的运行由
收稿日期：2018-12-24
作者简介：韩俊国（1978—），男，本科，机电助理工程师，研究方
向为机电和运输。
绞车梭车完成，冲击力和载荷力是直接作用到车体 上的，因此有必要根据运行过程中受力状况对吊车 结构进行优化设计[4]。 2 单轨吊人车结构的优化设计
（阳煤集团新景公司运输工区， 山西 阳泉 045000）
摘 要：介绍了原有单轨吊人车的吊车原理以及应力分布形式，并根据力的分析对原有结构进行优化升级，单轨
吊人车在优化设计时，改双排座椅为单排座椅，并缩小单轨吊人车的横截面宽度。运用模拟仿真软件 Ansys 中的
Workbench 进行优化前后两种吊人车结构图的绘制，并输入相关载荷参数，经过处理后计算对比优化前后等效应
为了方便后期模拟三维图的建构与网格的处 理，需要对单轨吊车进行结构简化，省去四周钢板与 护栏，但是省去部分的质量仍需保留，因为钢板质量 较重，为了保证计算的准确性仍需将钢板的质量代 入计算。事实上，顶板的附加会进一步加强框架的可 承受力与强度，假如没有钢板的框架处于最大受力 的状态下仍能较好地保持原有结构不会发生变化， 框架的强度和刚度保持完好，也就意味着框架的最 大承受力与屈服极限大于施加载荷，所以即使在实 际中附加上钢板与护栏，只会进一步提高单轨吊车 的屈服极限和最大承受应力，相应的单轨吊车的安 全保障也会大大加强。
图 1 单轨吊牵引人车装配图 图 2 优化设计后的单轨 吊人车装配图
2019 年第 5 期
韩俊国：单轨吊人车结构的优化设计与研究
· 37 ·
全性；去掉联接梁，吊车的启动和制动直接与上方轨 道滑轮联接，滑轮的运移受牵引机车的控制。 3 两种单轨吊人车的有限元对比分析
为了确实保证单轨吊人车的安全性，在模拟静 力学时不仅要考虑优化前人车和优化后人车局部与 整体的应力、应变情况，而且还要保持所受力的大小 等完全一样，使用控制变量法，在相同力的作用下对 比两种结构的强度与等效应变，进而进行优选。
效应力、等效应变、变形量等主要指标。优化前吊车
分析结果省略，优化后分析结果如下图所示。
一般的单轨吊车结构形式大同小异，车身主体 主要由人车框架、耳座、联接梁、滑轮构成。运行过程 中主要依靠滑轮在轨道上的滑移将人与车悬空移 动，直至送至目的地。吊车牵引动力主要来源于与联 接梁连接的牵引机车，机车负责吊车的启动和制动。 联接梁可以将车体保护起来，当人员上车或者紧急 制动时避免受到瞬时冲击，使得运行过程更加稳定 安全。车体只负责人的承载，不会受到拉力与冲击 力，拉力与冲击力主要由联接梁承载。
图 5 为优化设计后的人车应力分布图，图 6 优
化设计后的人车应变分布图，结合图 5—图 7 可得
各项指标如表 1 所示。
F:Satic Structura（l ANSYS） Equivalent Stress Type：Equivalen（t von-Mises）Stress Unit：Pa Time：1 2018-3-10
而且研究受力时应该考虑单轨吊车受力最大的 情况，根据实际运行中单轨吊车受力变化，可得吊车 在紧急制动时，受到的冲击力是最大的，所以研究时 我们就针对这种情况来考核单轨吊人车的强度[5-6]。
利用 Ansys 前处理 Solidworks 软件进行两种单 轨吊人车模型的搭建，由于 Ansys 有强大的模型处 理设置，所以需要将生成的基本模型导入 Workbench 软件中，模型接触处不用进行合并会直 接自动合并为接触对，结合实际应用，再对接触对进 行调节。
使用有限元软件 Workbench 构建单轨吊车优化 前后的三维模型，优化前后模型三维图如图 1、图 2 所示。优化前的单轨吊车采用双座并排的布置方式， 优化后的单轨吊车采用单排连坐的布置方式，使得 单轨吊人车的横向面积缩减，避免与工作面巷道发 生碰撞。
优化前后的具体区别如下：受力对象发生改变， 单轨吊车由间接受力变为直接受力，为了提高车体 强度与最大屈服力，选材选用刚度和强度都较高的 槽钢，减小单轨吊车在运行过程中的故障率，增大安
总第 193 期 2019 年第5 期
设计理论与方法
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 193 No.5，2019
DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2019.05.016
单轨吊人车结构的优化设计与研究
韩俊国
变与变形量的大小，验证了优化后的优越性，值得在井下实际运行中推广。
关键词：Ansys Workbench 单轨吊人车 结构优化 等效应变
中图分类号：TD355
Байду номын сангаас
文献标识码：A
文章编号：1003-773X（2019）05-0036-03
引言 单轨吊人车是煤矿井下一种常见的运输设备，
可运人、运物，且具有价格低廉、使用方便、体积小、 运输效率高、故障少等优点。为了保障单轨吊人车 运人、运物的安全性和稳定性，必须对其结构进行 受力分析，并找出最易发生形变破坏的部位，采取 针对性的结构优化措施，对重点防护部位进行保 护。除了单轨吊人车自身结构局限性外，还需考虑 运行过程中的人机工程学，比如：运行过程中滑轮 座的润滑度、紧急停止的缓冲性，以及上车上物的 瞬时冲击对单轨吊车的影响、防治与周边轨道的摩 擦和碰撞等。单轨吊车的工作原理是利用滑轮与两 对耳座的销连接，将滑轮固定在上方轨道，吊车借 助滑轮的运移悬空移动。所以，分析了吊车的静态 结构，不难发现人车框架与设备连接处是最易发生 安全事故的部位[1-3]。因此，运用有限元软件分析受 力和等效应变，针对易发生危险工况的局部结构进 行改造升级。 1 单轨吊牵引人车的结构形式分析
1.580e8Max 1.404e8 1.228e8 1.053e8 8.777e7 7.022e6 5.266e5 3.511e3 1.755e2 0.000e0
另一种单轨吊人车运行模式需要考虑单轨吊人 车的结构，就是无极绳绞车牵引，这种吊车的运行由
收稿日期：2018-12-24
作者简介：韩俊国（1978—），男，本科，机电助理工程师，研究方
向为机电和运输。
绞车梭车完成，冲击力和载荷力是直接作用到车体 上的，因此有必要根据运行过程中受力状况对吊车 结构进行优化设计[4]。 2 单轨吊人车结构的优化设计
（阳煤集团新景公司运输工区， 山西 阳泉 045000）
摘 要：介绍了原有单轨吊人车的吊车原理以及应力分布形式，并根据力的分析对原有结构进行优化升级，单轨
吊人车在优化设计时，改双排座椅为单排座椅，并缩小单轨吊人车的横截面宽度。运用模拟仿真软件 Ansys 中的
Workbench 进行优化前后两种吊人车结构图的绘制，并输入相关载荷参数，经过处理后计算对比优化前后等效应
为了方便后期模拟三维图的建构与网格的处 理，需要对单轨吊车进行结构简化，省去四周钢板与 护栏，但是省去部分的质量仍需保留，因为钢板质量 较重，为了保证计算的准确性仍需将钢板的质量代 入计算。事实上，顶板的附加会进一步加强框架的可 承受力与强度，假如没有钢板的框架处于最大受力 的状态下仍能较好地保持原有结构不会发生变化， 框架的强度和刚度保持完好，也就意味着框架的最 大承受力与屈服极限大于施加载荷，所以即使在实 际中附加上钢板与护栏，只会进一步提高单轨吊车 的屈服极限和最大承受应力，相应的单轨吊车的安 全保障也会大大加强。
图 1 单轨吊牵引人车装配图 图 2 优化设计后的单轨 吊人车装配图
2019 年第 5 期
韩俊国：单轨吊人车结构的优化设计与研究
· 37 ·
全性；去掉联接梁，吊车的启动和制动直接与上方轨 道滑轮联接，滑轮的运移受牵引机车的控制。 3 两种单轨吊人车的有限元对比分析
为了确实保证单轨吊人车的安全性，在模拟静 力学时不仅要考虑优化前人车和优化后人车局部与 整体的应力、应变情况，而且还要保持所受力的大小 等完全一样，使用控制变量法，在相同力的作用下对 比两种结构的强度与等效应变，进而进行优选。