雙折線式卷筒多層纏繞系統(tǒng)力學(xué)分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著海洋工程、港口運(yùn)輸、采礦工程以及水工建設(shè)等工程領(lǐng)域的快速發(fā)展，各種超大揚(yáng)程、大鋼絲繩容繩量的起重設(shè)備需求不斷增加。實(shí)踐證明雙折線式卷筒多層纏繞系統(tǒng)是解決此類大揚(yáng)程、大鋼絲繩容繩量問(wèn)題的最有效方法。目前在進(jìn)行多層纏繞卷筒系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，卷筒的多層纏繞系數(shù)是由鋼絲繩的纏繞層數(shù)確定的。實(shí)際上卷筒的多層纏繞系數(shù)不僅與鋼絲繩的纏繞層數(shù)有關(guān)，同時(shí)與鋼絲繩在卷筒上的排列方式以及鋼絲繩的彈性特性有著重要的關(guān)系。在輕量化設(shè)計(jì)要求下，準(zhǔn)確地分析卷筒的實(shí)際應(yīng)

2、力，是保證卷筒安全、可靠工作的前提。本文通過(guò)有限元數(shù)值仿真法定量地分析了鋼絲繩的彈性特性，運(yùn)用理論分析和實(shí)物試驗(yàn)的方法，研究了雙折線式卷筒的多層纏繞系數(shù)、卷筒的受力特征以及鋼絲繩彈性特性對(duì)多層纏繞系數(shù)的影響。所做的主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 1、運(yùn)用空間變換方法建立了不同捻向、不同旋向和不同結(jié)構(gòu)鋼絲繩各層鋼絲空間曲線的普適參量方程，提出了用Matlab與Pro/E軟件建立復(fù)雜結(jié)構(gòu)鋼絲繩空間幾何模型的新方法。應(yīng)用Abaqus

3、軟件建立了復(fù)雜結(jié)構(gòu)鋼絲繩的有限元分析模型，使用顯式動(dòng)力學(xué)法對(duì)軸向拉伸與橫向壓縮載荷作用下鋼絲繩應(yīng)力分布和鋼絲繩的彈性特性值進(jìn)行計(jì)算分析。
　　 2、以現(xiàn)代板殼理論為基礎(chǔ)，將雙折線式多層纏繞鋼絲繩卷筒簡(jiǎn)體視為均勻受壓的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱殼體，將端板視為受層狀分布線載荷作用的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱圓板，建立雙折線式卷筒筒體及端板變形的數(shù)學(xué)方程，通過(guò)分析不同邊界條件，確定方程中的積分常數(shù)。
　　 3、通過(guò)分析多層纏繞時(shí)由于外層鋼絲繩的纏繞導(dǎo)致內(nèi)層鋼絲

4、繩張力的衰減機(jī)理，建立求解各層鋼絲繩由于外層鋼絲繩纏繞而引起的張力衰減值方程和多層纏繞系數(shù)方程。以底層上爬理論為基礎(chǔ)，建立多層纏繞鋼絲繩各個(gè)繩圈對(duì)雙折線式卷筒端板軸向作用力與各層鋼絲繩圈張力之間關(guān)系的方程。應(yīng)用Matlab編制多層纏繞系數(shù)和各層鋼絲繩張力的求解軟件分析多層纏繞系數(shù)的影響因素以及多層纏繞工況下各層鋼絲繩張力大小。
　　 4、根據(jù)雙折線式卷筒多層纏繞系統(tǒng)的工作特征，研發(fā)了雙折線式鋼絲繩卷筒多層纏繞系統(tǒng)實(shí)際作業(yè)工況的模

5、擬綜合試驗(yàn)臺(tái)。對(duì)雙折線式卷筒進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，驗(yàn)證了雙折線式卷筒多層纏繞系數(shù)的理論計(jì)算值與測(cè)試值的一致。同時(shí)理論分析與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果也表明，目前雙折線式卷筒設(shè)計(jì)中普遍采用的當(dāng)鋼絲繩纏繞層數(shù)大于5時(shí)，多層纏繞系數(shù)統(tǒng)一選取2.5的設(shè)計(jì)原則需進(jìn)行修正。
　　 本文提出的雙折線式卷筒多層纏繞系統(tǒng)的研究方法和取得的研究成果為多層纏繞復(fù)雜工況下雙折線式卷筒的力學(xué)分析和卷筒簡(jiǎn)體及端板的科學(xué)設(shè)計(jì)提供了理論支撐和計(jì)算分析方法。提出的復(fù)雜結(jié)構(gòu)鋼絲繩有限元