雙折線式卷筒多層纏繞系統(tǒng)力學分析與試驗研究.pdf

1、隨著海洋工程、港口運輸、采礦工程以及水工建設(shè)等工程領(lǐng)域的快速發(fā)展，各種超大揚程、大鋼絲繩容繩量的起重設(shè)備需求不斷增加。實踐證明雙折線式卷筒多層纏繞系統(tǒng)是解決此類大揚程、大鋼絲繩容繩量問題的最有效方法。目前在進行多層纏繞卷筒系統(tǒng)設(shè)計時，卷筒的多層纏繞系數(shù)是由鋼絲繩的纏繞層數(shù)確定的。實際上卷筒的多層纏繞系數(shù)不僅與鋼絲繩的纏繞層數(shù)有關(guān)，同時與鋼絲繩在卷筒上的排列方式以及鋼絲繩的彈性特性有著重要的關(guān)系。在輕量化設(shè)計要求下，準確地分析卷筒的實際應

2、力，是保證卷筒安全、可靠工作的前提。本文通過有限元數(shù)值仿真法定量地分析了鋼絲繩的彈性特性，運用理論分析和實物試驗的方法，研究了雙折線式卷筒的多層纏繞系數(shù)、卷筒的受力特征以及鋼絲繩彈性特性對多層纏繞系數(shù)的影響。所做的主要研究工作及創(chuàng)新點如下:
　　 1、運用空間變換方法建立了不同捻向、不同旋向和不同結(jié)構(gòu)鋼絲繩各層鋼絲空間曲線的普適參量方程，提出了用Matlab與Pro/E軟件建立復雜結(jié)構(gòu)鋼絲繩空間幾何模型的新方法。應用Abaqus

3、軟件建立了復雜結(jié)構(gòu)鋼絲繩的有限元分析模型，使用顯式動力學法對軸向拉伸與橫向壓縮載荷作用下鋼絲繩應力分布和鋼絲繩的彈性特性值進行計算分析。
　　 2、以現(xiàn)代板殼理論為基礎(chǔ)，將雙折線式多層纏繞鋼絲繩卷筒簡體視為均勻受壓的旋轉(zhuǎn)對稱殼體，將端板視為受層狀分布線載荷作用的旋轉(zhuǎn)對稱圓板，建立雙折線式卷筒筒體及端板變形的數(shù)學方程，通過分析不同邊界條件，確定方程中的積分常數(shù)。
　　 3、通過分析多層纏繞時由于外層鋼絲繩的纏繞導致內(nèi)層鋼絲

4、繩張力的衰減機理，建立求解各層鋼絲繩由于外層鋼絲繩纏繞而引起的張力衰減值方程和多層纏繞系數(shù)方程。以底層上爬理論為基礎(chǔ)，建立多層纏繞鋼絲繩各個繩圈對雙折線式卷筒端板軸向作用力與各層鋼絲繩圈張力之間關(guān)系的方程。應用Matlab編制多層纏繞系數(shù)和各層鋼絲繩張力的求解軟件分析多層纏繞系數(shù)的影響因素以及多層纏繞工況下各層鋼絲繩張力大小。
　　 4、根據(jù)雙折線式卷筒多層纏繞系統(tǒng)的工作特征，研發(fā)了雙折線式鋼絲繩卷筒多層纏繞系統(tǒng)實際作業(yè)工況的模

5、擬綜合試驗臺。對雙折線式卷筒進行應力測試，驗證了雙折線式卷筒多層纏繞系數(shù)的理論計算值與測試值的一致。同時理論分析與試驗測試結(jié)果也表明，目前雙折線式卷筒設(shè)計中普遍采用的當鋼絲繩纏繞層數(shù)大于5時，多層纏繞系數(shù)統(tǒng)一選取2.5的設(shè)計原則需進行修正。
　　 本文提出的雙折線式卷筒多層纏繞系統(tǒng)的研究方法和取得的研究成果為多層纏繞復雜工況下雙折線式卷筒的力學分析和卷筒簡體及端板的科學設(shè)計提供了理論支撐和計算分析方法。提出的復雜結(jié)構(gòu)鋼絲繩有限元