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大起升高度钢丝绳悬垂与扭转机理研究

严芃芃  
【摘要】:随着港口行业的快速发展,起重机的起重量、起升高度设计的越来越大,使得起升钢丝绳的悬垂及扭转问题更加突出。长期以来,人们一直简单地通过增加吊具质量、使用防扭转钢丝绳等方法来避免钢丝绳的悬垂及扭转问题,而缺乏对钢丝绳悬垂及扭转机理的深入研究。因此,本文采用理论分析与仿真分析相结合的方法,对钢丝绳悬垂及扭转机理进行研究,以掌握影响钢丝绳悬垂及扭转的参量及其影响规律,为起重机设计提供理论参考。(1)论文基于悬链线理论,建立了臂架钢丝绳悬垂模型。采用定性与定量相结合的分析方法,解析了吊具质量、钢丝绳自重载荷和倾角与钢丝绳悬垂挠度的关系。结果表明:最大挠度随吊具质量的增大而减小,且减小的幅度越来越小;随钢丝绳自重载荷的增大而增大,呈线性关系;随倾角的增大而减小,且减小的幅度越来越大。(2)由于起升钢丝绳卷绕系统的复杂性,其扭转研究一直停留在对单动滑轮结构的分析,而对于多动滑轮结构的研究还只是停留在将单动滑轮结构的公式进行简单推广的层面上。因此,本课题将重点对多动滑轮结构进行数值分析和仿真分析。起升钢丝绳扭转并造成打结的根本原因在于钢丝绳的自旋特性,论文通过对钢丝绳自旋特性的分析,推导出钢丝绳自旋扭矩的计算方法。在此基础上,分O型和S型缠绕结构、顺时针扭转和逆时针扭转四种情况,建立起升钢丝绳扭转数学模型。分析起升钢丝绳高度和滑轮组结构参数对起升钢丝绳扭转打结的影响。结果表明:S型结构的反向扭矩普遍大于O型的反向扭矩,抗扭转打结性能更强;逆时针偏转比顺时针偏转的抗扭转打结性能更强。大起升高度时,起升钢丝绳高度对反向扭矩的影响最小,滑轮间距对反向扭矩的影响最大,吊重对起升钢丝绳扭转打结没有影响。(3)基于仿真软件ADAMS建立起升钢丝绳卷绕系统仿真模型,通过仿真分析,验证大起升高度起升钢丝绳扭转数学模型中假设条件的可行性以及数学模型的准确性。并从静力学与动力学两方面分析了起升钢丝绳高度、吊重以及滑轮间距对起升钢丝绳卷绕系统扭转打结的影响。结果表明:从静力学角度考虑仿真分析与理论分析得到的结论一致。从动力学角度考虑时,起升钢丝绳高度与滑轮间距对反向扭矩的影响,比从静力学角度考虑时的影响更大,即曲线斜率更大;吊重越大,起升钢丝绳缠绕系统的稳定性越高,扭转打结的趋势越小。


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