HW50型液压绞车卷筒力学特性研究

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Mechanical Properties of a Roler of the HW50 Hydraulic W inchZHENG Gang ，XIE Fang-wei ，WANG Shu-meng ，WANG He-wei(1.School ofMechanical Engineering，Jiangsu University，Jiangsu Zhenjiang 212013，China；2.Huaibei Wanyuan Industry&Trade Co.，Ltd，Anhui Huaibei 235052，China；3.Sany Heavy Equipment Co.，LTD，Liaoning Shenyang 1 10027，China)AbsWact：Hydraulic winch is widely used hoisting equipment，and roller is one ofthe mainforce-supportingparts.To graspthe mechanical propert&s ofthe roller，its 3D model was built to study its stress and deformation.The results showed that thestress ofthe roller decreasesfrom the center to the both sides，and the value 0n the inner sucfave is bigger than that on theouter su，7 e.Because of the round corner is made between the roller wall and the side plate，the stress concentration savoided.The whole deformation ofthe roller is small，and the deformation decreasesfrom the center to the both sides，and thedeformation appears on the inner suave.The research results provide certain theoretical reference yor the optimizationdesigofthe disc brake。

Key W ords：Hydraulic W inch；Roler；Mechanical Analysis；Optimization Design上 1日液压绞车是由液压马达驱动，通过卷筒缠绕钢丝绳以提升或牵引重物的起重设备，在结构上具有紧凑、体积孝重量轻、外形美观等特点，在性能上则具有安全性好、效率高 、起动扭矩大、低速稳定性好、噪音孝操作可靠等特点 。由于该液压绞车具备上述优点，使其广泛应用于船舶、铁路、机械、石油、冶金等行业。

液压绞车机构简图，如图 l所示。由图 1可知，液压绞车主要由液压马达、制动器、行星减速器 、卷筒和机架等组成。其中，卷筒是液压绞车动力传递的关键部件 。

由于长期以来，人们在设计卷筒时多采用经验法 ，对设计的卷筒力学特性缺乏全面的了解，使得所设计的卷筒结构不合理，进而影响液压绞车的使用寿命。因此 ，拟采用有限元法研究HW50型液压绞车卷筒的力学特性，为卷筒和类似产品的设计提供-种设计方法和理论参考。

1.液压马达 2.制动器 3.行星减速器 4.卷筒 5.机架图 1液压绞车机构简图Fig.1 Hydraulic W inch Mechanism Diagram2卷筒有限元模型的建立选用美国PTC公司的Pro/ENGINEERwildfire 2004软件建立卷简的三维实体模型。由于卷筒的结构、载荷和约束都是对称的 ，因此只软筒的-半模型，如图 2所示。卷筒基本参数如下：卷筒最小外径：Do450mm卷筒结构外径 ：D，550mm来稿日期：2012-07-14基金项目：国家科技型中小企业技术创新基金(1lC26213201398)；江苏省 自然科学基金青年基金项目(BK2012292)作者简介：郑 刚，(1974-)，男，博士研究生，讲师，主要研究方向：机电-体化、工业机器人控制理论No.5Mav.2013 机 械 设计 与 制造 17250DO 200 O0l50DO 00 0050O00l咖 - . kf 0 00 5000 00∞ 15nD内O表20面0.0曲0线25尺0.O寸0(3mDOm.DO)350.00 4000o 450o0 500图8内表面应力曲线Fig.8 Internal Surface Stress Curve图9卷筒的变形云图Fig.9 Drum Deformation Nephogram内外表面变形曲线，如图 1O、图 11所示。由图 1O、图 11可知，最大变形出现在内表面，约 0.257mm，且内表面变形略大于外表面；在筒壁与侧板连接处 ，内表面的变形较外表面的变形要小的多，原因是内表面的圆角是外表面圆角的2倍(从图 6可以看出)。

迥蔷015值0 100·050DO 0 00 50o0 0ox l5m0外0表20面0.0曲0线25尺0.DO寸(3mOmO.O)O 350.0040000 45O00 500图 1O外表面变形曲线Fig.10 Outside Surface Deformation CurveJ 乏. 。

。 。 誉 。 m 0图 11内表面变形曲线Fig.1 1 Inner Surface Deformation Curve5结论主首先运用 Pro/ENGINEER建立卷筒的实体模型；然后在Pro/MECHANICA中进行卷筒的材料属性 、网格划分、施加约束和载荷的设置；最后卷筒的应力和变形进行求解。得出以下结论：(1)卷筒中部承受了较大的钢丝绳径向压力载荷，应力从中部往两边逐渐减小，且内表面的应力大于外表面；由于在简壁与侧边连接处做了圆角处理，避免了应力集中的问题。

(2)在钢丝绳最大径向压力载荷的作用下，卷简整体变形并不大；从中部往两边变形逐渐减小；最大变形出现在内表面，约0.257mm，且内表面变形略大于外表面。

(3)结论可以为卷筒的设计提供-种方法和理论参考，同时为下-步的优化设计提供理论基矗