船用气动绞车底座的有限元分析及优化
船用气动绞车是以气动马达为动力， 通过齿轮减速机构驱动，结构紧凑，操作方便，工作安全，维护简单，运转平稳，广泛用于油田，海上平台，游轮，地质钻井，矿山开发等易燃易爆场所的安全作业。随着气动绞车的普遍应用，其安全性也越来越被重视。船用气动绞车工作时会产生很大的力作用在其底座上，极有可能造成底座的断裂，从而造成安全事故。本文针对某型船用气动绞车在出绳方向为75°的工作状态下进行可靠性分析。
1 有限元分析
1．1 三维模型参数
如图1 所示， 机座通过螺栓与地面固定， 机座长1000mm，总宽510mm，总高53mm，整体有14 个螺纹孔。将75°出绳方向作用在滚筒上的拉力简化到底座上， 可分解为对螺纹孔的水平拉力和垂直拉力。
1．2 机座受力分析
按钢丝绳为75°出绳方向计算机座应力，钢丝绳受50kN 拉力，出绳方向与水平方向75°，受力分解：
水平方向
Fx＝50×cos75°＝13KN
竖直方向
Fy＝50×sin75°＝48．3KN
水平方向力等价到底座产生力矩
M1＝Fx×273＝3549N·m
竖直方向力等价到底座产生力矩
M2＝Fy×112＝5409．6N·m
根据力偶守恒得：F1L1＋F2L2＝M1＋M2 （1）
再有 
（2）
（2） 由（1）（2）两式可得：F1 ＝18923．8N， F2 ＝1610．5N
式中：F1———底座靠近出绳位置一侧螺栓孔受力
F2———底座远离出绳位置一侧螺栓孔受力每个螺钉对底座压力为：
底座受压应力为：
1．3 对机座进行静力学分析
将使用UG 建立的三维模型导入Workbench 中， 机座材料为Q235，约束机座上表面，在每个螺纹孔上施加水平和垂直载荷，分析其应力应变。
图3 应变分析云图
分析得机座最大应力为74．3Mpa， 最大应变约为3．8x10－5，安全系数为S＝［σ］ ／ σ＝3．16。
2 结构优化
由于应力集中在螺栓孔上，很容易工作时发生断裂而引起事故， 因此未优化的结构的安全系数不能满足现实需求。针对这一需求， 可以将底座螺栓孔部分做出格外加厚3mm的优化设计，从而防止螺栓孔处因应力集中而断裂。
优化后最大应力为14．97Mpa，底座安全系数为15．6，优化后安全系数大大提高。
3 结论
对某船用气动绞车底座进行静力学分析， 在对其螺栓孔进行加厚优化后，大大提高了其工作安全系数，即简便又提高了其可靠性。
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