C型翻车机转子的运动状态仿真及应力分析

论文摘要

翻车机是用于翻卸通用铁路敞车装载的煤炭、矿石、化工原料等散状物料的高效卸车专用设备,广泛应用于电力、冶金、化工及港口码头等基础产业和行业。随着港口煤炭运输量的不断增加,翻车机的工作负荷加大,加之钢结构焊接过程中的应力集中,会在应力集中部位形成裂纹,随着裂纹的增长,将导致主体结构断裂,酿成大的事故。据统计,工程实际中发生的断裂破坏,占翻车机故障总数的50%以上。翻车机主体的应力状态的动态监测,是防范该类事故发生的重要手段,受到翻车机应用部门的重视。本课题针对翻车机的结构特点与载荷特性,采用现代工程设计与工程分析CAE技术,对翻车机进行了三维实体建模、翻车过程中的运动状态仿真、及翻车机转子的应力应变分析。研究内容丰富,手段先进,研究结果对翻车机及其类似设备的设计与分析提供了有价值的参考资料。本文以黄骅港务公司的C型转子式两车翻车机为研究对象,在认真调查研究与查阅文献资料的基础上,首先运用Pro/E三维建模软件,对整体机构进行零件的三维建模和装配。然后通过ADAMS动态仿真软件,对翻车机主要结构进行了运动状态仿真,确定了各主要机构的载荷时间历程,为有限元分析奠定了基础。在此基础上,根据所研究的对象的物理特性及力学特性,确定了各种物性系数,初始条件,边界条件,建立了翻车机转子的有限元力学模型,并采用有限元分析软件ANSYS计算了典型工况下,转子的应力分布,确定了高应力区域,为实现翻车机应力状态监测提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1 章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 翻车机国内外发展概况
• 1.2.1 国外发展概况
• 1.2.2 国内发展概况
• 1.3 翻车机分类及结构特点
• 1.4 课题来源与研究内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题的主要研究内容
• 1.4.3 课题研究的关键技术
• 1.5 CAE 技术简介
• 1.5.1 CAE 技术基本概念
• 1.5.2 CAE 技术的应用
• 1.5.3 CAE 技术的发展
• 第2 章 C 型转子式翻车机的三维实体建模
• 2.1 三维建模的优点及三维建模软件
• 2.1.1 三维建模软件的优点
• 2.1.2 三维建模软件
• 2.1.3 Pro/E 软件的概述
• 2.2 C 型转子式两车翻车机三维实体建模
• 2.2.1 翻车机的结构简介
• 2.2.2 C 型翻车机的主要技术参数
• 2.2.3 翻车机的工作过程
• 2.3 C 型转子式翻车机的载荷计算
• 2.3.1 载荷参数
• 2.3.2 计算翻车机载荷
• 2.4 三维实体模型的建立
• 2.4.1 Pro/E 零件的3D 实体建模
• 2.4.2 Pro/E 零件的装配组合
• 2.5 本章小结
• 第3 章 C 型转子式两车翻车机仿真分析
• 3.1 动力学分析软件ADAMS 概述
• 3.1.1 ADAMS 软件简介
• 3.1.2 ADAMS 软件的计算方法
• 3.2 翻车机仿真模型的建立
• 3.2.1 仿真模型参数
• 3.2.2 翻车机转子仿真模型的建立
• 3.3 约束和载荷
• 3.3.1 系统约束及其实现
• 3.3.2 载荷及载荷的施加
• 3.4 仿真分析
• 3.4.1 仿真步骤
• 3.4.2 仿真控制
• 3.5 结果后处理
• 3.5.1 仿真模型的验证
• 3.5.2 翻车机关键构件仿真结果分析
• 3.5.3 翻车机各构件的最大载荷与翻转角
• 3.6 本章小结
• 第4 章 C 型翻车机转子的应力分析
• 4.1 有限元法的概述
• 4.1.1 有限元法的基本思想
• 4.1.2 有限单元法的求解步骤
• 4.2 ANSYS 的简介
• 4.2.1 ANSYS 软件功能
• 4.2.2 ANSYS 软件的组成
• 4.2.3 ANSYS 软件的优点
• 4.3 翻车机转子有限元模型的建立
• 4.3.1 模型的简化
• 4.3.2 边界条件的确定
• 4.3.3 转子有限元模型的创建
• 4.4 模型的网格划分
• 4.4.1 定义单元属性
• 4.4.2 模型的网格划分
• 4.4.3 定义材料的属性
• 4.5 载荷的施加与求解
• 4.5.1 翻车机转子载荷工况选择
• 4.5.2 典型机构的载荷计算
• 4.5.3 施加载荷和约束条件
• 4.5.4 求解
• 4.6 翻车机有限元静强度计算结果分析
• 4.6.1 翻车机转子在0°位置的应力应变分析
• 4.6.2 翻车机转子在65°位置的应力应变分析
• 4.6.3 翻车机转子在125°位置的应力应变分析
• 4.6.4 翻车机转子在180°位置的等效应力分布及结构变形图
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介