双梁桥式起重机起升机构动力学仿真研究

摘要

在国内外生产车间中，几乎都安装有桥式起重机，俗称“行车”。桥式起重机的普遍运用不仅减轻了繁重的人力劳动，同时也促进了相关物流运输机械的发展，在世界工业史中有着重要地位。为使之向轻型化，智能化，人性化方向发展，相关行业也对桥式起重机的设计提出了更高的要求。 要准确分析起重机械的动态性能，必须有试验数据做支撑。但是重型机械的实测只能在产品设计完成后进行，这样做成本高，风险大，周期长。 目前动力学分析大多通过CAD技术来实现，在计算多体动力学的基础上借助相关软件对机械系统进行动力学分析。在这些分析软件中，ADMAS是使用最多的一款，但在求解大规模及复杂接触的多体动力学上，不能真实的仿真柔性体的非线性问题。本文通过多体动力学软件RecurDyn与有限元分析软件ANSYS对桥式起重机起升机构的运动进行了仿真，完成了起升机构的运动学和动力学动态特性的研究。其主要工作如下: 1.利用三维实体建模软件Solidworks建立了桥式起重机起升机构的CAD模型，并进行了虚拟装配和相关属性检查。 2.运用ANSYS和RecurDyn软件对卷筒进行了模态化处理，建立了起升机构刚柔耦合动力学仿真模型。在讨论了钢丝绳仿真模型的建模方法的基础上，分别创建了梁单元钢丝绳模型和带钢丝绳模型。 3.将小车、吊钩、卷筒和钢丝绳作为一个整体系统，研究了它们在不同工况下的动态特性。并对起升机构的冲击系数和起升动载系数进行了分析，为起重机优化设计提供依据。 本文的动力学仿真结果表明，运用CAD软件建立的双梁桥式起重机起升机构虚拟样机模型是正确的，基于多体动力学理论对起升机构的仿真是可行的。同时，本文对钢丝绳模型的研究也为其他类似的柔性体建模与分析提供了一定的思路。通过计算机仿真技术，可以极大降低产品研制过程中的周期与成本，更加有利于保证产品的安全性与可靠性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出与意义

1．2 国内外研究现状及水平

1．2．1 虚拟样机技术在起重机上的应用

1．2．2 虚拟样机技术在起升机构上的应用

1．2．3 RecurDyn在机械方面的应用

1．2．4 RecurDyn动力学仿真分析的思考

1．3 课题的研究内容、方案和拟采取的措施

1．3．1 研究的主要内容和方案

1．3．2 研究拟采取的措施

1．4 本章小结

2 多体系统动力学及RecurDyn软件理论基础

2．1 多体系统动力学基础

2．2 RecurDyn软件理论基础

2．2．1 RecurDyn软件简介

2．2．2 RecurDyn多体系统动力学基础

2．3 本章小结

3 桥式起重机组成及起升机构动力学研究

3．1 桥式起重机的分类与组成

3．2 起升机构的组成与工作特点

3．3 起升机构的动力学模型及动力载荷

3．3．1 起重机系统的等效换算

3．3．2 起升机构的动载荷

3．4 本章小结

4 桥式起重机起升机构刚性体模型的建立

4．1 起升机构的三维实体建模

4．1．1 起升机构重要参数

4．1．2 干涉检查

4．2 Solidworks与RecurDyn之间的模型传递

4．2．1 Solidworks模型导入RecurDyn

4．2．2 修改属性

4．2．3 添加约束

4．2．4 添加接触力

4．2．5 施加驱动

4．2．6 约束检查

4．3 本章小结

5 桥式起重机起升机构柔性体模型的建立

5．1 RecurDyn柔性体建模技术

5．2 卷筒的模态柔性体的构建

5．3 钢丝绳柔性体模型的建立

5．3．1 钢丝绳梁单元模型

5．3．2 钢丝绳带模型

5．4 本章小结

6 起升机构刚柔耦合仿真结果分析及优化

6．1 RecurDyn仿真的基本步骤

6．2 起升冲击系数与动载系数分析

6．2．1 起升冲击系数分析

6．2．2 起升动载系数分析

6．3 两种钢丝绳模型仿真结果的比较

6．3．1 钢丝绳的动态力

6．3．2 钢丝绳的动载系数

6．4 其他部件的动力学分析

6．5 卷筒结构优化

6．5．1 卷筒载荷及应力分析

6．5．2 钢丝绳动应力分析

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 主要研究工作和结论

7．2 展望

7．2．1 本文展望

7．2．2 RecurDyn多体动力学仿真在起重机上应用的展望

参考文献

附录 (攻读学位期间的主要学术成果)

致谢