摩擦式提升機防過卷保護鋼絲繩應力分析（2）(圖文)
時間：2024-09-11 08:22:33 點擊數：
2 提升鋼絲繩應力數值分析
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。鋼絲繩展開結構如圖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。
圖3 鋼絲繩展開結構
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，仿真設定參數如表1 所列。
表1 仿真設定參數
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和右側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對稱分布的；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律，采用有限元分析法建立鋼絲繩物理模型并進行數值模擬，可以直觀得到鋼絲繩內部以及繩股之間的應力分布。
