電纜牽引機關(guān)鍵零部件有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，以制造業(yè)為代表的各項產(chǎn)業(yè)對電力的需求也日益增大，然而電網(wǎng)建設(shè)卻不能很好地滿足日益增長的電力需求。為了打破我國電網(wǎng)建設(shè)長期滯后的局面，各地出現(xiàn)了新一輪的電網(wǎng)擴建項目和以跨地區(qū)輸電為目標(biāo)的超高壓輸電線路建設(shè)。張力架線是電網(wǎng)輸電線路建設(shè)的主要形式，而電纜牽引機則是張力架線施工的關(guān)鍵設(shè)備。
　　 電纜牽引機進行牽引作業(yè)時所受的主要載荷來自于鋼絲繩上的牽引力，而牽引力則主要由牽引卷筒和車架承受，因此其力學(xué)性能的優(yōu)劣

2、是牽引機設(shè)計制造水平的重要體現(xiàn)。當(dāng)前國內(nèi)針對電纜牽引機牽引卷筒和車架的研究甚少，本文以國產(chǎn)ZX290電纜牽引機的牽引卷筒和車架為研究對象，主要研究工作如下：
　　 (1)針對電纜牽引機的關(guān)鍵零部件牽引卷筒和車架的主要工作要求，在分析國內(nèi)外同類零部件主要研究狀況的基礎(chǔ)上，確定以牽引機的關(guān)鍵零部件—雙摩擦卷筒和車架的強度理論計算、有限元分析及結(jié)構(gòu)改進為主要研究內(nèi)容。
　　 (2)以纏繞在雙摩擦牽引卷筒的鋼絲繩受力分析為切入點

3、，對牽引卷筒受力及變形機理進行了深入研究。首先利用微積分原理及力學(xué)理論對纏繞在卷筒表面的鋼絲繩受力情況進行研究，得出鋼絲繩進、出線處的張力函數(shù)關(guān)系及變化規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，對筒殼徑向和軸向截面在徑向壓力和彎矩作用下的變形狀態(tài)進行研究，得出筒殼單元梁力學(xué)模型的變形通解方程；結(jié)合牽引卷筒的裝配結(jié)構(gòu)，建立了牽引筒殼單元梁的力學(xué)鉸接模型，通過對筒殼內(nèi)小單元體的應(yīng)力狀態(tài)分析并應(yīng)用第三強度理論，構(gòu)建了筒殼單元梁力學(xué)計算模型。揭示了筒類零件在載荷作用下

4、的變形機理，為牽引卷筒的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。
　　 (3)根據(jù)牽引卷筒繩槽所受載荷的變化規(guī)律，基于各繩槽的最大載荷，采用ANSYS軟件建立了牽引卷筒的有限元模型，并進行了分析，探討了卷筒應(yīng)力分布及變形情況，確定了卷筒危險工作區(qū)域，驗證了卷筒的力學(xué)安全性；同時將有限元分析結(jié)果與筒殼單元梁力學(xué)計算結(jié)果進行比對，分析了二者產(chǎn)生差異的原因，并進行了結(jié)構(gòu)改進后的仿真，驗證了前述筒殼單元梁力學(xué)推導(dǎo)的正確性，為卷筒的優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù)。

5、>　　 (4)以牽引卷筒的重量為目標(biāo)函數(shù)，以卷筒的繩槽底直徑、卷筒壁厚、繩槽數(shù)為設(shè)計變量，以相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求和使用要求作為約束條件，建立了牽引卷筒的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；利用MATLAB軟件，對卷筒結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，得到了理論最優(yōu)解，結(jié)合卷筒的實際裝配結(jié)構(gòu)，給出了牽引卷筒的最優(yōu)設(shè)計值，使重量減輕了l6.5％；在此基礎(chǔ)上進一步對優(yōu)化結(jié)果進行有限元仿真分析，表明優(yōu)化結(jié)果滿足性能要求，為摩擦式卷筒類零部件設(shè)計提供了新的設(shè)計思路。
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