大型起重机钢丝绳缠绕系统的仿真与分析

摘要

随着我国在矿井工程、港口运输、海洋工程等大型工程领域的快速发展，对于具有大扬程、高容绳量的大型起重机的需求也与日俱增。双折线式卷筒由于其结构的特殊性能进行多层稳定缠绕，被越来越多的应用到工程实际问题中。该类起重机由于其扬程大导致实际缠绕过程中钢丝绳长度较大，使其多层缠绕过程中不稳定且钢丝绳磨损十分严重，因此对于大型起重机缠绕系统的研究势在必行。本文运用理论力学、接触力学、材料力学、机械动力学等基础理论知识，针对缠绕系统中的导向抬升垫块、钢丝绳入槽偏角进行细化优化分析，并对钢丝绳在卷筒缠绕过程中的钢丝绳的静力学和动力学仿真分析验证，为多层缠绕系统的合理设计提供选择依据。本文的主要研究内容和成果如下:
　　(1)研究了缠绕系统中卷筒和钢丝绳的相关参数，推导了卷筒的应力计算公式及钢丝绳在缠绕过程中弯曲应力、挤压应力及外载特性等。
　　(2)结合卷筒的实际缠绕工况，建立了缠绕系统的几何模型，并具体研究了用于换层爬升的导向抬升垫块的在关键节点的截面尺寸大小，其次对钢丝绳绕出滑轮与进入卷筒的偏角做几何分析，根据偏角允许的最大值优化了缠绕系统中的滑轮布局。
　　(3)建立钢丝绳在缠绕系统中的力学模型，研究了钢丝绳在双折线卷筒绳槽上缠绕时受力、钢丝绳换层爬升过程与法兰挡板间受力分析以及缠绕过程中钢丝绳拉力变化情况。
　　(4)联合Pro/E和ADAMS建立卷筒刚性体模型、离散化模拟的钢丝绳并等效添加接触力参数、约束及实际载荷，针对该虚拟样机模型进行动力学仿真，仿真后处理分析钢丝绳在实际缠绕过程中的接触受力情况，为理论分析提供一定的指导验证作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．2．1 多层双折线缠绕系统研究现状

1．2．2 虚拟样机技术发展概述

1．3 存在的问题与不足

1．4 课题来源与主要研究内容

第二章 卷筒钢丝绳尺寸及载荷分析

2．1 卷筒的类型介绍

2．2 卷筒的参数选型

2．2．2 双折线式绳槽卷筒长度

2．2．3 双折线绳槽卷筒的壁厚

2．2．4 卷筒应力分析

2．3 钢丝绳的受力分析

2．3．1 单层缠绕中的拉力

2．3．2 入槽前的拉力

2．3．3 卷筒和滑轮中钢丝绳弯曲应力

2．3．4 钢丝绳与绳槽之间的挤压应力

2．4 本章小结

第三章 缠绕系统中导向抬升垫块与偏角分析

3．1．2 卷筒的建模

3．2 导向抬升垫块的设计

3．2．1 垫块视图1到视图3

3．2．2 垫块视图3到视图5

3．2．3 垫块视图5到视图6

3．3 钢丝绳进入滑轮和卷筒的偏角

3．3．1 钢丝绳出滑轮时的最大偏角

3．3．2 钢丝绳入卷筒时的最大偏角

3．4 本章小结

第四章 钢丝绳在双折线卷筒上的力学分析

4．1．1 钢丝绳在折线段的接触受力分析

4．1．2 钢丝绳在直线段的接触受力分析

4．2 钢丝绳与法兰挡板的接触受力分析

4．2．1 考虑单元梁受力模型的钢丝绳缠绕沿卷筒径向力计算

4．2．2 换层爬升时截面位置变化

4．2．3 钢丝绳换层爬升时钢丝绳对卷筒法兰挡板的压力分析

4．3 钢丝绳拉力衰减分析

4．3．1 钢丝绳进行第一层缠绕时拉力衰减原因

4．3．2 钢丝绳进行第二层缠绕时拉力衰减原因

4．4 多层缠绕静力学仿真验证

4．4．1 主要参数

4．4．2 导入三维模型

4．4．3 添加新的材料并设置相对应模型的材料属性

4．4．4 对三维模型进行网格划分

4．4．5 施加边界条件与载荷

4．4．6 有限元结果分析

4．5 本章小结

第五章 缠绕系统的动力学仿真分析

5．1 动力学仿真简介

5．2 缠绕系统的仿真模型建立

5．2．2 钢丝绳的仿真模型建立

5．3 参数的选用与确定

5．3．1 添加材料并设置模型的材料属性

5．3．2 钢丝绳设置接触力

5．4 施加约束与载荷

5．4．1 施加约束

5．4．2 添加载荷

5．5 动力学模型检查

5．6．1 重物的仿真分析

5．6．2 钢丝绳的仿真分析

5．7 本章小结

第六章 总结与展望

6．2 研究展望

致谢

参考文献