基于ANSYS的四索长撑杆抓斗有限元分析.pdf

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1、第３期（总第２０２期）机械工程与自动化No．３２０１７年６月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONJun．文章编号：１６７２‐６４１３（２０１７）０３‐００７６‐０２基于ANSYS的四索长撑杆抓斗有限元分析赵世伟，王宝中（华北理工大学机械工程学院，河北唐山０６３００９）摘要：以２５t四索长撑杆抓斗为例，基于强度和刚度要求，对抓斗进行静力学分析。首先建立了抓斗机构的有限元模型，然后在满载情况下对其进行受力分析，最后通过ANSYS模块对抓斗进行力学分析，所得结论为日后抓斗的轻量化优

2、化提供参考依据。关键词：四索长撑杆抓斗；ANSYS；静力学中图分类号：TP３９１畅７文献标识码：A0引言其中：mF为抓斗抓取散货的重量（如煤、沙子、土等）；抓斗是桥式卸船机至关重要的工作部分，属于多mG为抓斗的自重。体运动系统，其运动复杂，受力情况变化多样，依靠传在抓斗刚刚抓取完货物准备提升的瞬间支持绳没统的设计方法对其进行设计需要投入大量的人力物有对抓斗产生作用力，闭合钢丝绳受到最大的拉力，即力，且设计周期长。本文采用有限元分析软件AN‐散货和抓斗自身的重量，此时抓斗各部件由于受到冲SYS对四索长撑杆

3、抓斗最危险工况下的受力进行分击载荷，受力情况最为危险。在对抓斗进行基于强度析，即分析抓斗刚抓取完货物准备提升的瞬间抓斗最和刚度满足要求的优化设计时，只需要考虑此种工况危险位置的强度问题，所得结论为日后抓斗的优化提即可，此时抓斗的受力情况如图３所示，支持绳和闭合［１］供参考依据。绳所受的张力分别为：1抓斗建模S１＝０．１．１SolidWorks三维建模S２＝（mF＋mG）．四索长撑杆抓斗由上承梁、下承梁、撑杆、斗体和2ANSYS静力学分析平衡梁组成，如图１所示。SolidWorks软件是在２．１划分网格W

4、indows操作系统环境下进行机械辅助设计的参变把在SolidWorks内建立的四索长撑杆抓斗另存量CAD软件，其强大的设计功能可以满足机械产品为parasolid（倡．x＿t）格式，然后将模型导入到［２］的设计需要。在SolidWork内建立四索长撑杆抓斗ANSYS内。设置抓斗的材料属性为StructuralSteel，的三维实体模型，如图２所示。设定网格Solverpreference属性为Fluent，将Sizing中的网格质量属性设置为Coarse，点击GenerateMesh，则可以对抓斗进行

5、网格划分，如图４所示。网格模型共有７７０８３个节点、２９６５４２个单元。２．２添加边界条件根据上述受力分析可知，抓斗刚提升时，抓斗和货物的重量完全由闭合绳承担，抓斗受本身重力和货物重力以及钢丝绳向上的提升力，并且为防止撑杆和抓斗的横向移动，对其添加位移约束，如图５所示。２．３计算求解图１四索长撑杆抓斗结构示意图通过ANSYSWorkbench求解，得到四索长撑杆抓１．２抓斗受力分析斗在外界载荷下的应力与应变，分别如图６、图７所示。在抓斗满载（煤、沙子等）离开物堆后，支持绳和闭由图６可知，最大应力发生在上

6、端平衡梁处，最大合绳同步上升，此时抓斗各机构的受力是最小的，支持应力为５３．５３３MPa，小于材料许用应力８６０MPa，满绳和闭合绳所受的张力S１和S２大小相等，即：足强度条件。由图７可知，抓斗最大变形发生在斗体（mF＋mG）下端，最大变形量为０．０００３８８９３m，变形量很小，满S１＝S２＝．２足设计要求。根据数据分析，可以推测出此机构刚度收稿日期：２０１６‐０９‐２１；修订日期：２０１７‐０３‐０１作者简介：赵世伟（１９９３‐），男，河北唐山人，在读硕士研究生，研究方向：机构学与机械动力学。２０１７

7、年第３期机械工程与自动化·７７·［３］和强度都有很大的剩余量，可以对抓斗进行轻量化优化设计。图２抓斗三维模型图３抓斗刚要提升时的受力情况图４网格划分图５添加边界条件图６抓斗等效应力云图图７抓斗变形云图3结论参考文献：本文主要采用有限元软件ANSYS对四索长撑杆［１］李学峰．长撑杆双瓣四索抓斗的优化研究［D］．上海：上海抓斗进行静力学分析，得到了抓斗在最危险工况下斗大学，２００８：２７‐３６．［２］CAD／CAM／CAE技术联盟．SolidWorks２０１４中文版机械体的最大等效应力和最大变形量的位置及数

8、值。通过设计从入门到精通［M］．北京：清华大学出版社，２０１６．分析，抓斗满足刚度和强度的要求，并且刚度和强度有［３］赵磊，吴怀超，赵丽梅，等．基于ANSYS的自动液力变速很大的富裕量，可以对其进行进一步的轻量化优化，这器中间轴的静力学有限元分析［J］．煤矿机械，２０１５，３６种优化对于我国提出的节能减排、节省资源有一定的（４）：１８３‐１８５．［４］实际意义。［４］吴作为．疏浚抓斗平挖作业的实现与仿真研究［D］．武汉：武汉理工大学，２０１