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滚筒的应力分析与优化

文章出处:未知 人气:发表时间:2018-02-27

滚筒的应力分析与优化李凯,崔建心刘小东上海理。大学机械工程7院。上拇2XJ093进行对比分析绞机足种卞要0神1丝1绳提1设备。公应用厂船舶违筑采矿和石油钻探等领域。滚筒是绞机的关键部件,其结构分析与优化对于绞机的设计有重要意义。

  当容绳景较大绞机多采,汽层卷绕方式。滚筒受力情况比较复杂。目前常用的计算方法是计算其压缩应力,但对设计人员来说,这种方法计算比较粗略,同时也不能反映出危险截面的具体位置,不利于进行改进和优化设计。本文在采用常规的力学简化模型的情况下,运用新的技术对滚筒进行分析,旨在更好的把握滚筒工作时的应力分布和危险状况,并以此为基础进行优化设计。

  术飞速发展的今天有很多商业软件提供实体造型和有限元分析的功能。不少流行的软件融合了这两部分功能,提供了整套的解决方案。本文用3必队建立实体模型,用人3进行应力分析;在初步分析的基础上使用人33提供的优化模块对结构进行优化,为改进设计提供参考。

  2滚筒受力讣析由于钢绳在滚筒上排列很密,故可以认为筒壁所受载荷为均布外压力。将钢绳与滚筒壁视为刚性体。将钢丝绳在滚筒上的缠绕分成两段滑动段和非滑动段,滑动段为最后缠绕其中,=31=,131滚筒载荷与张力的关系由下面公式得到,21滚筒壁载荷非滑动段户,非滑动段钢丝张力;人获荷系数。取15 4多层缠绕的载荷减小系数,取,75,滚筒直径钢丝绳直径滚筒壁所受载荷为非滑动段载荷与滑动段载荷的叠加。

  22挡板载荷钢丝绳在滚筒上缠绕时在与挡板接触的过渡段钢丝绳距离挡板距离小于钢丝绳直径时会对挡板产生压力,此过渡段中心角约为15.为下层钢丝绳与过渡段钢丝绳中心连线与滚筒轴线方向的夹角,的大小与下层钢丝绳与挡板上层。现以030中间值进行估算2.

  分层载荷,根据末端的位置。可分在挡板处和滚筒中心处两种情况寸论,本例分折有,当选抒厂情况。

  於为下层钢丝绳与过渡段钢丝绳中心连线与滚筒轴线方向的夹角;0为过渡段中心角,第遐。

  局部最小值。

  3基于1货8的应力分析优化31滚筒的基本参数392欣钢丝绳直径4=20爪码容绳量36缠绕层数为4 32计算载荷8464鳕挡板讣段载荷,738以10 33模型和加载33进行分析。选择单元类型和材料特性,用简化后的载荷和约束为模型加载。单元选择300092滚筒为焊接件,材料9235颜弹性模量1.9876泊松比0.28许用强度叫=滚筒受到钢丝绳轴承和滚筒离合爪的作用,为了分析方便,将它们简化为分段的均布载荷。

  313应力分析根据塑性材料失效准则选择1应力为考察对象,得到2从中可以看出,危险截面可能位于滚筒壁中段内侧和挡板内侧根部。

  35人88中的结构对称化处理及路论选抒为了利用对称性简化讣算,将有筋滚茼简化为无筋滚,然后重新进行参数建模,选择认82单元作轴对称分析其应力状况34,4计算结果对优化后的参数取整,滚筒壁由25优化为2,挡板厚度由2,优化为5滚筒重量由原设计的2521减小为19861从计算结果来看,滚筒减轻超ii 3.4优化,数及算法足设计基本要求的情况下,在材料允许的强度范围内,减轻滚筒重量。故选择滚筒重量为优化目标;选择滚筒壁厚和挡板每厚为设计变景选抒21危险截1以接点处的优化模型的数学达式下转第35页2求各测点到最小乘直线的近似距离即平行于。轴h,+值从得被测对象的直线度误差怙为4最小域法出包界被测线的许多对两两平行的直线中距离最小的对包容线,从,而得出直线度的误差。

  最小区域法不能以解析形式来达,目前近似求解直线度误差的最小区域法多采用旋转即改变元线性方程7=似+6中的斜率以进行搜索逼近,如逐次逼近旋转法1容线法4等。下面简要说明下构造包容线的方法1利用1面说到的最乘法得出采杆点的,小。1.梅拟合直线;以最小乘直线为基线,在基线上方的为高点,下方任选两高点两低点作直线,如果此直线上方下方无采样点,则把此直线作为上下包容线;通过与此直线最远采样点作与基线平行的下上包容线,算出两包容线之间的距离;计算出所有符合包容条件的两高点与对应底点两低点与对应高点所构成平行线的距离,找出,小的距离,这个值就是汾合最小条忭的线度误差值。

  5结,语这种直线度评定方法中,两端点连线法精度最低;最小区域法精度最高,所得的误差值最小,且是唯的。但用最小区域法时计算比较困难,因此在精度要求较高时才采用这种形式的评定;在般情况下,都采用最小乘法求解。

  1王瑞康。张国雄刘书桂。在座标测量机上基本几何要素的测量和计算4.航空计测技术19924214 2赵辉。种求解直线度误差最小区域的新方法逐次逼近旋转法3廖平,陆敬舜。种精确计算平面内直线度误差方法分割逼近法4张善锤,于瀛洁,张之江。直线度平面度测量技术旧。北京中国计上接第26页5结束语析和优化。在载荷计算上采取了分层分段加载的方法。对比用压缩应力模式计算所得的结果,此模型模拟滚筒受力情况更为准确;对比用欧拉公式得到的滚筒受力,本模型在安全性1更值得信赖并且易于计算。对于多层缠绕的绞机,挡板的受力分析比较重要,综合考虑力分析的准确度和计算方便两方面的因素,本方法不失为种对改进设计方法的积极尝试。

  1徐灏。机械设计手册3.机械工业出版,1991 2本田早苗等装卸搬运析械的设计殓。析械工业出版社,1983 74773陈道南,过玉卿。周培德,盛汉中。起重运输机械1.机械工业出Mi919822025 4译人胳357线形和非线形结构静力分析指南。人,33 5龚曙光。人13工程应用实例解析。机械工业出版社,2003水利电力机械舰订水利电力机械创刊于1979年,为科技综合性期刊双月刊,国际标准刊号1 100664国内统刊号01501於原由国家电力公司主管,现由中国华电集团公司主管,国电郑州机械设计研宄所主办,主要面向电力系统的管理部门电力水电设计院水利和电力工程施工单位电力设备制造厂火力发电厂水电站及系统外机械行业和相关高等院校。

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