基于Workbench对货运索道吊杆的分析

钱江

摘 要：文章基于Workbench对货运索道吊杆进行了分析。

关键词：Workbench；索道吊杆

滑索属于无动力类游乐项目，游客乘坐滑具在钢索上速降。滑具包含滑车、柔性吊带座椅、安全套环安全带等部件，滑具在乘客抵达下站后可以拆卸下来，通常需用车辆或货运索道运至上站，以备下一批游客乘坐之用。这种滑索中间的货运索道提升的滑具为双轮不限速形式，该滑具输送提升系统作为一种单索缆索起重机属于货运索道类别。本文要分析的就是这种类型的货运索道的吊杆。

含驱动轮、万向节、电机、减速机、轴承座等件的牵引机构，我把万向节设计成往机架侧倾斜，这样就保证了驱动轮与机架的间距达到要求，也提高了轴承座的强度。本货运索道所提升的滑具重量为5kg，螺旋式夹索器加吊篮总重为10kg。钢丝绳总长约1880米，理论斜长925米，跨度为919米，提升高度为95米，共40只运输篮。间距约为47米，采用16mm纤维芯镀锌钢丝绳，按92.1kg/100m计算，钢丝绳型号为16-ZAA-6X19S+SF-1670-ZZ，其最小破断拉力为141kN，现场安装时，张紧钢绳的张力调整应控制在28kN以内，控制挠度小于18米。T1=Pd*V/1000η=9120.6N.m，P1=T1*n1/9550=11kW，由于11kW电动机对应的异步电动机直联型的输出扭矩T1=7442 N.m不满足要求，考虑到载荷基本稳定，确定采用立式得电制动异步专用电机，6极15kW，转速为970转/min，平行轴斜齿轮减速机传动比i=110.03，法兰联接参数1型仰装。已知驱动轮半径0.79得出运输篮的速度为 ω=2πn/60 i=0.92 rad/s，v=rω=0.73m/s，单位输送量为200副滑具/小时。

按规定钢管最小弯曲半径应为1.5倍钢管直径，但考虑到托轮间隙，及其与支架的间距，设定钢管弯曲半径为R210，本文着重介绍输送篮上吊杆的分析，先将此零件在Solidworks软件中进行精细化建模，得出其单重为4.17kg。使用通用结构分析软件ANSYS Workbench Environment（AWE）15.0多物理场协同CAE仿真软件，对吊杆进行网格划分，定义材料参数，确定约束类型，施加重力和垂直地面方向的力，通過有限元分析软件求解。采用10节点的实体单元（Solid187），并使用六面体的网格划分，分析求解如图2所示。

当销轴孔直径为Φ10时，其最大应力σmax为114.02MPa，当销轴孔直径为Φ12时，其最大应力σmax为84.288MPa，Q235-B材料的许用抗拉强度σb为375MPa，得出安全系数为n=σb/σmax=375/84.288=4.45>3.5，符合GB8408-2008游乐设施安全规范规定的要求，（货运架空索道安全规范 GB 12141-1989无此安全系数的规定，本设计是以高标准严要求为出发点的）。为了优化设计与节约销轴材料并满足使用要求，确定销轴孔直径为Φ12，钢管材料为Φ38*6无缝管。

另外本公司相关人员对这套货运索道整体采用线模型进行建模分析，采用ANSYS15.0经典版和midas NFX有限元分析软件对本设备进行了合理化简化假设。通过群策群力、分析论证，得出这种货运索道方案是安全可靠的。公司目前已经在进行该产品的试制，该产品即将安装于国家AAAA级风景区海南省保亭七仙岭。40只镀锌篮架吊杆和不锈钢篮体防腐蚀性能良好，该设计既考虑到森林树木保护及规划要求，又为景区增添了一道亮丽的风景线。