桥式抓斗卸船机起升机构动力响应的仿真研究.pdf
- 文档编号:3434251
- 上传时间:2023-05-05
- 格式:PDF
- 页数:78
- 大小:2.59MB
桥式抓斗卸船机起升机构动力响应的仿真研究.pdf
《桥式抓斗卸船机起升机构动力响应的仿真研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《桥式抓斗卸船机起升机构动力响应的仿真研究.pdf(78页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
上海海事大学硕士学位论文桥式抓斗卸船机起升机构动力响应的仿真研究姓名:
李路妹申请学位级别:
硕士专业:
机械电子工程指导教师:
王悦民20060701摘要抓斗卸船机是目前世界上散货接卸港的主要机械设备。
抓斗卸船机日趋于大型化、高速化发展。
起重重量越来越大,工作速度越来越高,对机构的机械性能提出了更高的要求。
按照传统的方法设计出来的卸船机,在实际的使用过程中仍然有大量的事故发生。
其中绝大多数起重坠物的重大事故,几乎都与起升机构及其主要构成零部件的安全状态有直接关系。
为了解决传统设计方法的瓶颈问题,机构的动态设计现在越来越为人们所关注。
到目前为止,卸船机起升机构动力响应的研究还处于起步阶段。
本课题是受宁波北仑港委托,探索一种能够预测和评估卸船机起升机构动态性能的仿真方法来指导实际设计,以提高起升机构的机械性能f强度、刚度和疲劳等)和经济性能。
本文以上海海事大学起升机构实验台研究对象,建立了起升机构的动力学模型和微分方程。
在介绍虚拟样机技术的基础上,采用ADAMS软件建立了起升机构的动力学仿真模型,对起升机构重物离地起升、空中加速、匀速上升制动和迅速下降制动四种典型工况进行了仿真,并通过试验数据验证了仿真模型及其结果的正确性,说明了采用ADAMS软件模拟起升机构动态性能的可行性。
基于这一方法对抓斗卸船机起升机构的动态性能进行了进一步的研究。
以起升机构试验台模型为基础,考虑了桥式抓斗卸船机钢结构的弹性刚度,采用ANSYS和ADAMS软件建立了一个刚柔耦合的起升机构系统仿真模型,并进行了动力学仿真。
讨论了卸船机钢结构弹性效应对起升机构系统机械性能的影响。
为各种起重机的起升机构的动力学分析和设计计算提供参考。
关键词:
卸船机,起升机构,动态特性,仿真,ADAMS,ANSYS,MATLABABSTRACTToday,晷abshipunloaderismostlyportmachinetoloadandunloadbulkcargointheworldGrabshipunloaderislarge-scaleandhigh-speedofdevelopmentWithincreasingofliftingweightandnmningvelocity,therearehigherrequirementsforthemechanismperformanceofmachineTherearestillalargenumberofaccidentstohappeninthecourseofactualuseof铲abshipunloaderwhichisdesignedbasedonthetraditionaldesignedmethodsMostofseriousaccidentsduetothefallofliftedloadaredirectlyrelatedtotheSecuritysituationofhoistingmechanismandtheirpartsandcomponentsPeoplearemoreandmoreconcernedaboutthedynamicdesignofmechanisminordertosolverthebottleneckproblemofthetraditionaldesignedmethodsUptothepresent,researchofunloaderdynamiccharacteristicsisstilloninitialstepTllistime,weareentrustedbyNingboBeilunport,forexploringasimulationanalysismethodwhichCallforecastandevaluatethedynamiccharacteristicsofthehoistingmechanismofunloadertoinstructpracticaldesign,aimingatimprovingthemechanicalcharacteristic(design,rigidityandfatiguelifeetc)andeconomiccharacteristic111ispaperconsidersthetest-bedofmechanismofshanghaimaritimeuniversityasaresearchobjectThedynamicsmodelanddifferentialcoefficientequationsareestablishedBasedonpresentationofvirtualprototypetechnology,thedynamicsvirtualmodelisbuiltandthefourdynamicprocesses(hoistingfromground,speedupfromair,emergencybrakeafteruniformvelocityriseandemergencybrakeafteruniformvelocitydrop)aresimulatedbyusingADAMSsoftwareThevirtualmodelandsimulationresultsarevalidatedbycomparingwithtestcurveResearchofunloaderdynamiccharacteristicswillbefarthercarriedoutonthismethodBasedonthemodelofthetest-bedofmechanism,consideringtheelasticstiffnessofstructureofgrabshipunloader,arigidflexcouplingemulationalmodelofhoistingmechanismsystemisbuiltbyusingADAMSandANSYSsoftwaresanddynamicssimulationiscalculatedTheinfluenceofhoistingmechanismduetoelasticeffectsofthestructureofunloaderiSdiscussedAllresultsCanbeinsultedfordynamicsanalysisanddesigncalculationforal】kindsofcranesKEY_、NORDS:
Unloader,Hoistingmechanism,DynamicsCharacteristic,Simulate,ADAMSANSYSMATALAB论文独创|生声明本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
论文中除了特别加以标注和致谢的地方外,不包括其他人或其他机构已经发表或撰写过的研究成果。
其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名:
左乏幸同期论文使用授权声明玲嵋矛本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定,即:
学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以上网公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
保密的论文在解密后遵守此规定。
作者签名:
董量址导师签名:
掣R期Ms。
海海事大学硕j二学位论文11概述第一章绪论随着生产规模的扩大,自动化程度的提高,作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广,作用越来越大,对起重机的要求也越来越高。
现令科学技术的飞速发展,推动了现代没计和制造能力的提高,激烈的国际市场竞争也越来越依赖于技术的竞争,这些都促使起重机的技术性能进入崭新的发展阶段,起重机正经历着一场巨大的变革。
国内外起重机的新理论、新技术和新动向表明21世纪超重机大型华和高速化、模块化和组合化、自动化和智能化、新型华和实用化等方向和趋势发展。
抓斗卸船机是目前世界上散货接卸港的主要机械设备。
无论什么样的物料流程,都必须有前沿机械将货物从船舱内取出来。
尽管近年来世界各国争先研制连续式卸船机,但抓斗卸船机其固有的优点,如技术成熟可靠,作业受波浪影响小等致使在国内外现有的或将建设的散货接卸港大多仍采用间歇式作业的抓斗卸船机。
可见,抓斗卸船机在一定的时期内仍将在散货卸船作业中占主要地位。
Ell抓斗卸船机是一种需要经常启动、制动和做各种复杂复合运动的机械。
抓斗卸船机的工作性质决定了它的传动系统必须进行短暂频繁的双向运动,由于工作时的状态变化(特别是起升机构),机构和结构将产生强烈的冲击和振动,这就是通常称的动载。
动载荷与运动方向和工作速度(加速度)有关,与结构因素(如系统质量的分布,系统的刚度和阻尼等)有关,而且与使用条件(如外载荷的大小及其变化规律,有无冲击等)有关。
为了计算方便,通常用动载系数(动载荷与静载荷的比值)表示。
动载系数法是目前世界上许多著名的超重机设计规范所使用主要方法,其实质仍是一种静力计算法。
该法的使用主要是凭借经验,存在着过于单一、不够精确的缺点,但因思路简捷、使用方便、易于普及等优点仍得到了广泛的应用。
12j13】14】然而由于工业生产规模不断扩大生产效率目益提高,以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占的比例逐渐增加,抓斗卸船机趋于大型化、高速化发展,超重重量越来越大,工作速度越来越高,动载问题同益突出,它直接影响了机械的寿命和工作性能。
按照传统的动载系数法设计出来的卸船机,在实际的使用过程中仍然有大量的事故发生。
其中绝大多数起重坠物的重大事故,几乎都与起升机构及其要构成零部件的安全状态有直接关系。
起升机构的零件发生故障或损坏(如电楸绕组损坏、制动器失灵、钢丝绳或吊钩断裂、齿轮箱输出轴断裂或联上海海事大学硕上学位论文轴器失效等)都可能是引发重物坠落的危险的原因。
图1一l和图1-6为起升机构失效的几种形式,图片来源于马士基和宝钢某码头抓斗卸船机起升机构失效引发的事故现场。
这就说明这些动载系数的确定与实际使用情况差异较大。
因此如何真实地了解抓斗卸船机起升机构动力响应的变化过程借以设计出高质量的新机构是国内外起重机行业的工作者和研究者面临的一个难题。
图1-1接地换向级电路失效引起事故图12电枢绕组失效引起事故图1-3强烈振动使电动机并激磁场开口图l-4起升卷简失效引起事故图l一5齿轮箱输出轴断轴断面图l-6齿轮箱内部齿轮磨损出现凹痕近年来,电子计算机广泛地应用于社会各领域,给人们的工作和生活带柬了海海事大学颤f学位论空深刻的变革。
计算机辅助设计计算的发展使得今天的设计者有能力从传统的经验设计转问定量设计,从传统的静念设计转向动态设计。
数值分析方法也取得巨大进展,许多过去根本无法计算的复杂的动力学问题现在人多能在计算机上得到解答。
与此同时国内外起重机行业的专业工作者纷纷对起蘑机起升机构的动载性能进行了大量的研究。
但是他们的方法无非是根据实际机构情况,将起升机构简化为一个具有一定自由度、一定质量的振动系统,然后建立起微分方程,通过电子计算机仿真求解,做出响应曲线。
对于这种方法机构的简化是首要的任务。
模型的简化是一个抓主要矛盾去次要矛盾的过程。
从而导致相同的机构具有不同的模型。
而且以往的动态分析成果中,较多的还处于对单一的、局部的机构或结构进行研究,并对模型作了较大的简化。
而对起重机起升机构的整体动念特性分析并充分反映机构的多质量动力学系统特点的成果还不多见,研究还不够充分。
虚拟样机技术是当今世界科技日新月异的发展结果。
它是目前最强大的机构分析技术。
虚拟样机技术可以从外观、功能和行为上仿真真实产品,用于对该系统全生命周期的研究与评估,或对候选设计方案的某一方面的特性进行仿真测试。
动力学虚拟样机(DynamicVP)是以对象的动力学运动学模型为核心、其它相关模型为补充,利用多领域建模工具和仿真技术,在协同仿真环境的支持下所设计的虚拟样机原型系统。
通过对动力学虚拟样机的仿真评估代替对物理样机进行的总体设计性能的评估。
由于完全针对对象本质因素建模,因而在动力学特性上更接近于物理样机,使虚拟样机不仅形似,而最重要的是神似。
目前国内综合考虑诸多因素运用虚拟现实技术真实的反映起重机起升机构动态性能的研究很少见。
因此把虚拟样机技术引入起重机起升机构的动态分析研究中具有一定的新颖性、实用性和研究性。
12国内外研究的现状121虚拟样机技术的应用虚拟样机技术在发达的国家如美国、德国、同本已经得到广泛的应用,应用领域从汽车制造业、工程机械、航空航天业、造船业、机械电子I、Ip、国防t业、通用机械到人机:
程学、生物力学、医学以及工程咨询等多方面。
所涉及到的产品从庞大的卡车到照相机的快门,天上的火箭到轮船的锚机。
在各个领域坦,针对各利t产品,虚拟模型技术都为H、节省了丌支,时州并提供了满意的笈计力案I”。
街海事人学颂I:
学位论文而虚拟样机技术在我国主要优先应用于以下领域:
1重点机械投资项目:
这种项目投资额大,任何系统设计方面的失误都会带来巨大的经济损失。
运用虚拟样机技术不仅可以避免损失,而且会找到满意的经过优化方案。
与庞大的投资相比,建立虚拟模型及模拟的费用微乎其微。
2样机引进项目:
自丌放以来,我国从发达国家引进了各种机械设备的样机予以仿制,以期提高国内产品的水平。
但效果总是差强人意。
一个很重要的原因是仿制停留在零件照抄的低水平上,对于样机缺乏系统水平上的理解。
设计人员对样机只知其然而不知所以然。
如果采Jj虚拟样机技术,技术人员便可以对引进样机进行深入的研究。
他们可以追踪样机的设计思想,可以进行子系统的模拟来指导其设计。
更重要的是可以发现样机的缺陷以便索赔或改建。
3,国民经济的骨干行业:
汽车工业工程机械工业及军事工业等。
这些行业对国民经济的影响巨大,虚拟样机技术在这些行业的应用会带来可观的经济效益。
在国外,虚拟样机技术在这些行业力应用的最广泛和最成熟,国内的技术人员也有经验借鉴。
国内很多大学与研究院也利用这一技术进行研究和开发。
如:
北京科技大学利用虚拟样机对矿用自卸汽车液压举升和转向系统进行了仿真与优化,北京理工大学利用虚拟样机技术对动力传动系统进行了建模与仿真研究,同济大学对汽车整车多体系统动力学进行了仿真研究,西北工业大学利用虚拟样机技术对基于动念实验数据的机械系统动力学进行建模与仿真研究,清华大学利用虚拟技术对机床进行了仿真研究。
国内虚拟样机技术在起重机行业内的研究还是刚刚起步,研究成果并不多见,但是还是值得提一下。
如:
同济大学利用虚拟样机技术对岸边集装箱桥吊起升与小车运行工况进行了动力学仿真,探索了进行起重机动力学虚拟样机的方法。
华东理工大学利用虚拟样机技术研究了超巴拿马岸边集装箱在工作中和运输中的运动学和动力学。
华东理工大学利用虚拟样机技术建立了履带起重机的虚拟样机模型,并对履带起重机进行了静力学、运动学和动力学特性进行了仿真。
武汉科技大学利用虚拟样机技术建立了桥式起重机虚拟样机模型,并对作业工况进行了仿真。
虚拟样机技术在起重机行业的研究应用很少,主要集中在很少数学校和研究机构。
122起重机设计方法月前旧内外产生了许多先进的起乖机设计规范,但仍属于静态设计范围,成熟的动态q!
论设计规范仍然还没有。
这u蔓起匾机设计枷范丰要有欧洲搬运r程协海海事人学倾I学位论文会标准FEMl001、西德国工业标准DIN,英国工业标准BS2573、同本工业规范JIS、我国起重机设计规范GBT38ll、及l鲴际起重机械标准(Is0430lIs08686)等。
尽管各标准相互之间也有差异或矛盾之处,但是在实际应用中都取得了很大的成绩。
值得-提的是,FEMl001标准的内容无论在详实性和权威上已早获得好评。
FEMl001标准不仅是欧洲标准,我国以及美洲、R本等国很多起重机设计制造厂商(我国的ZPMC,德国的NOELL等)和评估机构(美国的GBB、法国的BV等国际知名公司)也都是以FEMl001为设计标准或评估标准。
FEMl001标准在实际应用中已经取得了斐然的成绩。
然而随着幽际贸易的迅速发展和经济全球化进程的加快,国际标准在国际贸易与交流中的作用同益显其重要性。
为了促进起重机械产品的技术进步,提高产品的质量,减少技术性贸易壁垒和适应国际贸易的需要,加快与国际惯例接轨的步伐,积极参与国际竞争,起重机械国际标准(ISO厂rC96)必会是将来发展的趋势。
动态设计是:
iF在发展中的一项新技术。
较早涉及动态设计的是航空、航天领域。
近几年,在汽车、机床等领域也得到了蓬勃的发展。
在工程机械包括起重机械领域,动态设计方法的发展显得较为落后。
进入90年代,随着计算机技术的发展和软、硬件环境的不断完善以及高档微机和计算机工作站的逐渐普及,现在己有许多著名的有限元程序(如AD矾A,ANSYS,NAsT刚州,SAP,MARC,ABAQUS)可以利用,用有限元法对起重机械进行动力学分析也随之得到了发展。
总结工作循环过程中各个构件的动力影响变化规律可以对起重机设计规范中规定的某些不合理的系数或计算公式进行修正,因此动态设计方法的发展也促进了起重机设计规范的发展。
从静态设计向动态设计转变是起重机设计未来发展的必然趋势。
到目前为止,国内外成熟的动态理论设计规范仍然还没有。
对大家来说,动态设计过程现在还是一个摸索过程。
我国众多的知名企业、高校、研究机构(如:
上海振华港机、上海海事大学、同济大学、华东理工大学、上海708所及上海建筑科学设计院等)纷纷对起重机做了大量的不同方向的动态研究,并取得了积极有效的成果。
总体来说国内起重机动态设计方法的发展显得较为落后。
国内关于起重机动态特性分析研究的文章甚少,很多理论书籍还是20年前甚至更久远的年代编写的。
要使动态设计理念成功的应用到起重机设计领域,成为种实用的工程技术,还有很长的路要走。
13研究的主要内容和思路I:
海海事人学硕I学位论义本文将虚拟样机技术引入到了抓斗卸船机起升机构的设计研究中,以上海海事大学起升机构实验台研究对象,建立了起升机构的动力学模型和微分方程。
在介绍虚拟样机技术的基础上,采用ADAMS软件建立了起升机构的动力学仿真模型,对起升机构重物离地起升、空中加速、匀速上升制动和匀速下降制动列种典型工况进行了仿真,并通过试验数据验证了仿真模型及其结果的难确性,说明了采用ADAMS软件模拟起升机构动态性能的可行性。
基于这一方法对抓斗卸船机起升机构的动态性能进行了进一步的研究。
以起升机构试验台模型为祭础,考虑了桥式抓斗卸船机钢结构的弹性刚度,采用ANSYS和ADAMS软件建立了一个刚柔耦合的起升机构系统仿真模型,并进行了动力学仿真。
讨论了卸船机钢结构弹性效应对起升机构系统机械性能的影响。
考虑诸因素对机构动力响应过程进行全面的了解从而可以最真实的对机构及零部件的载荷进行确定及其对强度、刚度、疲劳寿命等进行计算。
本课题具有很强的移植性,这种方法和结果适用于各种起重机的起升机构。
例如:
门座抓斗卸船机、岸边集装箱起重机、龙门起重机等。
海海事大学硕,I:
学位论文第二章动力学模型及等效系统的建立21动力学模型的建立及其组合对于机器或者零件进行动力学分析时一般采用离散的方法,方法是把他们分成许多形状简单的单元体进行动力学分析,然后再组合成整体的机器或零件进行研究。
进行单元动力学模型时,对质量的处理可有集中质量和分布质量之分。
对单元体内部振动模态可以作为弹性体进行分析计算,也常采用一假定的模奎函数束描述。
常用的动力学模型有以下三种。
【6】I7】1集中质量模型。
其特点是为将单元质量集中于单元的端部,单元体内为一无质量的连续弹性体。
以满足单元几何边界条件的多项式函数作为描述单元振动的模态函数;以集中质量处的振动处的振动位移作为单元的广义坐标。
此模型由于质量阵
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 抓斗 卸船机起升 机构 动力 响应 仿真 研究
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)