基于有限元分析的大型拖拽绞车滚筒优化设计

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(武汉船用机械有限责任公司，武汉 430084)

大型拖拽绞车作为海洋平台、无自航能力船舶等设备移动的动力源，随着频繁的海上作业，海洋平台等海上作业设备越来越大，致使拖拽绞车的牵引力需求也越来越大，拖拽绞车的主要工作机构是滚筒，滚筒的承载能力主要取决于滚筒壁厚和滚筒直径[1- 7]。关于滚筒壁厚对承载能力的影响，有学者利用COSMOSWorks软件进行起重机滚筒的建模，分析滚筒应力和位移的分布规律，认为传统理论计算滚筒壁厚方法很保守，并发现单纯地依靠滚筒来承受载荷，滚筒壁厚会很大。故杨明等通过在滚筒内部增加筋板，使滚筒受力更加合理，优化了整体结构，为降低滚筒制造成本提供了一定的理论基础[9]。为此，借助于有限元分析工具，对大型拖拽绞车滚筒进行优化分析，分析纵向筋板布置形式对筒体应力的影响。

1 无内筋板滚筒受力模型分析

如图1所示，设滚筒的直径为D，滚筒厚度为δ，滚筒受钢丝绳的力为F，则滚筒在钢丝绳绕出端的压力σ1[1]为

(1)

式中：t为钢丝绳节距，t=1.01d。

钢丝绳绕出滚筒的局部弯曲应力为

(2)

则滚筒在局部所受的综合应力为

σ=σ1+σ2

(3)

图1 滚筒基本参数

由式(1)～式(3)可见，影响滚筒应力的主要因素是钢丝绳张力，滚筒壁厚和滚筒直径，但在实际中，随着钢丝绳长度和钢丝绳在滚筒上缠绕层数的不同，会导致滚筒的长度不同，滚筒应力也会不同，本文采用ANSYS软件对滚筒的受力进行分析，具体步骤如下。

式(1)对滚筒两边进行固定。……