专用立式吊具机构优化设计与仿真研究

论文摘要

专用吊具在不同行业得到广泛的应用,种类繁多,本论文以冶金行业专用立式钢卷吊具作为研究对象展开系统的分析。针对立式吊具方案选择和评价中的因素种类繁多,具有关联性和模糊性等特点,建立了立式吊具的三级模糊综合评价体系。对单臂和双臂立式吊具进行三级模糊综合评价,筛选出双臂立式吊具方案作为本文吊具研究的设计结构方案。对双臂立式吊具的结构和工作原理进行分析,建立曲杆开合范围的数学关系式。对拉杆、曲杆、内钳臂等进行受力分析,获得各个铰接处以及对夹紧力的参数化关系和数学模型。利用Pro/E完成各个零部件几何模型的设计,在ADAMS平台构建双臂立式吊具的虚拟样机仿真模型,针对不同的试验工况,对吊具功能的实现、铰接副受力和夹紧力等进行了较全面的动力学仿真试验分析,并进行了验证。在ABAQUS平台建立了吊具的拉杆、曲杆和内钳臂等主要受力件的有限元分析模型,基于吊具虚拟样机的系统分析结果,进行有限元结构应力分析,用第四强度理论验证各个杆件的强度状况。针对研究中发现的钳脚对钢卷的夹紧力过大等问题,建立吊具结构的优化模型,进行参数化分析,获得吊具重量、夹角、曲杆长度等变化的影响规律,为寻找吊具结构的最优解奠定了基础。本文利用虚拟样机技术,对双臂立式吊具的理论分析、建模、仿真试验分析等进行了较全面的研究,提高了吊具系统的研发效率和使用性能,有助于提高大型专用吊具的设计开发水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 立式吊具方案设计的研究
• 1.2.2 立式吊具优化设计研究
• 1.2.3 立式吊具系统动力学仿真研究
• 1.2.4 立式吊具现有问题的研究
• 1.3 课题的研究内容和技术路线
• 1.3.1 课题主要研究内容
• 1.3.2 课题的技术路线
• 第2章 立式吊具结构方案选型和评价
• 2.1 方案评价法的选择
• 2.2 模糊综合评价法简介
• 2.3 立式吊具综合评价方法选择
• 2.4 立式钢卷吊具结构方案评价
• 2.4.1 吊具结构方案的评价因数集分析
• 2.4.2 吊具方案因素权重集和隶属度分析
• 2.4.3 三级模糊综合评价
• 2.4.4 两种吊具方案评分比较
• 2.5 本章小结
• 第3章 立式钢卷吊具分析的数学建模
• 3.1 双臂立式吊具的工作原理
• 3.1.1 立式吊具杆件机构工作原理
• 3.1.2 立式吊具自锁机构工作原理
• 3.2 立式吊具设计的数学模型
• 3.2.1 立式吊具杆件机构分析
• 3.2.2 曲杆的开合范围
• 3.2.3 拉杆的受力分析
• 3.2.4 曲杆各支点受力分析
• 3.2.5 内钳臂受力分析
• 3.2.6 吊具受力计算数学模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 立式钢卷吊具的虚拟样机仿真建模
• 4.1 虚拟样机建模与求解过程
• 4.2 立式钢卷吊具结构和三维CAD设计
• 4.2.1 立式钢卷吊具结构
• 4.2.2 立式钢卷吊具三维CAD设计
• 4.3 基于ADAMS平台的虚拟样机建模
• 4.3.1 虚拟样机仿真系统几何模型
• 4.3.2 环境和材料特性
• 4.3.3 约束模型
• 4.3.4 吊具接触力模型
• 4.3.5 吊具虚拟样机仿真模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于虚拟样机的立式吊具仿真试验分析
• 5.1 吊具机构运动的虚拟试验
• 5.1.1 起吊钢卷过程的虚拟试验
• 5.1.2 卸载钢卷过程的虚拟试验
• 5.2 立式吊具性能仿真分析
• 5.2.1 试验工况的设置
• 5.2.2 立式吊具的起吊平稳性分析
• 5.2.3 立式吊具杆件铰接副的受力分析
• 5.2.4 钳脚对钢卷的夹紧力分析
• 5.3 立式吊具计算结果的验证
• 5.4 本章小结
• 第6章 立式钢卷吊具零部件的有限元分析
• 6.1 ABAQUS有限元分析流程
• 6.2 吊具杆件的有限元分析模型
• 6.2.1 环境与材料属性
• 6.2.2 杆件分析位置设置
• 6.2.3 载荷和边界条件定义
• 6.2.4 网格划分
• 6.3 吊具杆件应力结果分析
• 6.3.1 杆件应力分布结果分析
• 6.3.2 杆件结构强度校核
• 6.4 本章小结
• 第7章 立式钢卷吊具的参数化分析与优化
• 7.1 机构的优化分析
• 7.2 立式钢卷吊具优化模型的建立
• 7.3 优化模型的参数化分析与研究
• 7.3.1 曲杆长度变化的影响研究
• 7.3.2 夹角变化的影响研究
• 7.3.3 双因素变化影响的讨论
• 7.4 本章小结
• 第8章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间已发表的论文或专利