绞车是石油钻机的核心部件之一，而滚筒体又是绞车的关键部件。绞车的滚筒体通常是分体铸造，然后通过焊接成一体。绞车作业时，通过钢丝绳缠绕的滚筒体直接承担着钻机的最大钩载载荷，既要承受弯矩和扭矩，还要承受表面钢丝绳的循环压应力，所以滚筒体的安全性能至关重要。作为绞车核心部件的滚筒体，如何改进其结构，提高工效，延长寿命，一直是研究人员所关注的问题。
      目前，研究人员利用现代数学、力学和计算机知识，开展了绞车仿真技术的研究，打破了以往采用类比或近似计算方法的局限性。设计人员利用有限元软件模拟绞车工作时的各个危险工况，得出各部件的应力和位移分布，更准确地把握了绞车滚筒的受力分布规律和变形状况。
      以下针对现役某型绞车滚筒体进行ANSYS有限元分析，由于滚筒体的大多数面为回转体面，只是厚度有所不同，故在ANSYS软件分析中选用SOLID63单元。材料属性为弹性模量Ｅ＝210 GPa，泊松比μ＝0.3。有限元滚筒体建模各个截面的尺寸与图样尺寸一致，建立有限元模型。
      钻机作业时，通过绞车提升钻杆等工作零件，所以钻机的最大钩载Qmax就是绞车的最大提升载荷，也就是滚筒体要承受的最大载荷。滚筒体本身直径d=644 mm，加上缠绕的钢丝绳层数，计算扭矩时滚筒直径折合为Dmax＝0.7912m。通过对整个钻机的整体分析可知，作用在滚筒体上的最大钩载时的快绳拉力为Pmax，滚筒轴承受的最大扭矩为Tmax。式中，G是游动系统质量，单位为KN，Zmax是钢绳根数，η是机械效率，Qmax是最大钩载，单位为KN，83°是快绳与滚筒的垂直夹角。
      有限元分析后得到结果，根据有限元分析计算可知，最大应力为54.8 MPa，最大应变为0.517 mm，铸钢的最小屈服强度σs为270 MPa。屈服强度安全系数N=σs/σ=270/54.8=4.93，符合API的要求。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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