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矿井提升机天轮装置受力分析与数值仿真
摘要
矿井提升机是煤矿生产中重要的设备之一，而矿井提升机天轮是其核心部件之一，其安全可靠性更是十分重要。本文采用有限元法，对矿井提升机天轮的受力分析与数值仿真进行了研究，通过建立3D有限元模型，分析了天轮转动过程中的应力分布、变形及传热问题，并通过数值仿真解决了其不同转速下的热力学应力及由于离心力引起的变形问题。研究结果表明，天轮在正常工作条件下应力、变形均在设计允许范围内，其可靠性得到了保证。
关键词：矿井提升机；天轮；有限元法；受力分析；数值仿真
1.引言
矿井提升机在煤矿生产中起着非常重要的作用，是煤炭生产中必不可少的设备之一。而矿井提升机天轮是其核心部件之一，负责转动提升机提升煤炭。矿井提升机天轮的安全可靠性直接关系到提升机的安全运行，因此对其受力情况进行研究具有重要意义。而有限元法是目前用于解决工程问题的通用方法，因此本文选用有限元法对矿井提升机天轮的受力情况进行研究。
2.有限元模型建立
为了分析矿井提升机天轮在转动过程中的受力情况，本文采用了Solidworks软件建立了三维有限元模型，如图1所示。模型总体尺寸为4100mm*1450mm，天轮直径为900mm，材料为铸钢。模型中包括天轮、减速器、主轴、轴承等组成部分。在建立模型时，天轮结构是根据实际工程图纸进行设计，减速器、主轴、轴承等部件则是根据实际选型数据选择并建立的。
图1.有限元模型
3.受力分析及数值仿真
在有限元模型建立完成后，运用ABAQUS软件进行了天轮受力分析及数值仿真。其中受力分析主要分为两个步骤，即静力学分析和热力学分析。
3.1静力学分析
在静力学分析中，将天轮按其设计转速转动，分析了其应力分布、变形及所受最大载荷等情况。分析结果表明，天轮在转动过程中各部位应力、变形均在设计允许范围内，载荷也未超过标准要求。但在分析过程中还发现了一个问题，即由于转动过程中的惯性力作用，天轮内部受到了不均匀的离心力，并导致了结构变形，为了解决此问题，运用数值仿真方法进行分析。
3.2热力学分析
由于天轮在实际工作中可能会受到高温影响，因此还对其进行了热力学分析。分析了天轮在不同温度下的应力分布和形变，以及考虑热源的情况下的温度分布等问题。运用数值仿真方法得出结论，天轮在正常工作条件下受热应力、变形不影响其安全可靠性。
4.研究结论
通过对矿井提升机天轮的有限元分析，得出如下结论：
（1）天轮在正常转动过程中应力、变形均在设计允许范围内，其可靠性得到了保证。
（2）转动过程中的惯性力作用引起的离心力对天轮结构造成了一定的变形，但其影响可以通过设计优化得到控制。
（3）天轮在高温环境下受热影响较小，不会对其安全可靠性造成影响。
综合来看，矿井提升机天轮结构设计合理，能够满足工程需求，并在正常工作条件下能够保证安全可靠性。
参考文献：
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