专用立式吊具机构优化设计与仿真研究

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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。
摘要第5-6页
Abstract第6-7页
第1章 前言第11-23页
    1.1 课题研究背景第11-12页
    1.2 国内外研究现状第12-20页
        1.2.1 立式吊具方案设计的研究第12-15页
        1.2.2 立式吊具优化设计研究第15-17页
        1.2.3 立式吊具系统动力学仿真研究第17-19页
        1.2.4 立式吊具现有问题的研究第19-20页
    1.3 课题的研究内容和技术路线第20-23页
        1.3.1 课题主要研究内容第20-21页
        1.3.2 课题的技术路线第21-23页
第2章 立式吊具结构方案选型和评价第23-34页
    2.1 方案评价法的选择第23页
    2.2 模糊综合评价法简介第23-25页
    2.3 立式吊具综合评价方法选择第25页
    2.4 立式钢卷吊具结构方案评价第25-33页
        2.4.1 吊具结构方案的评价因数集分析第25-26页
        2.4.2 吊具方案因素权重集和隶属度分析第26-29页
        2.4.3 三级模糊综合评价第29-33页
        2.4.4 两种吊具方案评分比较第33页
    2.5 本章小结第33-34页
第3章 立式钢卷吊具分析的数学建模第34-43页
    3.1 双臂立式吊具的工作原理第34-36页
        3.1.1 立式吊具杆件机构工作原理第34-35页
        3.1.2 立式吊具自锁机构工作原理第35-36页
    3.2 立式吊具设计的数学模型第36-42页
        3.2.1 立式吊具杆件机构分析第36-37页
        3.2.2 曲杆的开合范围第37-38页
        3.2.3 拉杆的受力分析第38-39页
        3.2.4 曲杆各支点受力分析第39-40页
        3.2.5 内钳臂受力分析第40-41页
        3.2.6 吊具受力计算数学模型第41-42页
    3.3 本章小结第42-43页
第4章 立式钢卷吊具的虚拟样机仿真建模第43-54页
    4.1 虚拟样机建模与求解过程第43页
    4.2 立式钢卷吊具结构和三维CAD设计第43-46页
        4.2.1 立式钢卷吊具结构第43-44页
        4.2.2 立式钢卷吊具三维CAD设计第44-46页
    4.3 基于ADAMS平台的虚拟样机建模第46-53页
        4.3.1 虚拟样机仿真系统几何模型第46-47页
        4.3.2 环境和材料特性第47页
        4.3.3 约束模型第47-49页
        4.3.4 吊具接触力模型第49-52页
        4.3.5 吊具虚拟样机仿真模型第52-53页
    4.4 本章小结第53-54页
第5章 基于虚拟样机的立式吊具仿真试验分析第54-65页
    5.1 吊具机构运动的虚拟试验第54-56页
        5.1.1 起吊钢卷过程的虚拟试验第54-55页
        5.1.2 卸载钢卷过程的虚拟试验第55-56页
    5.2 立式吊具性能仿真分析第56-61页
        5.2.1 试验工况的设置第56-57页
        5.2.2 立式吊具的起吊平稳性分析第57页
        5.2.3 立式吊具杆件铰接副的受力分析第57-60页
        5.2.4 钳脚对钢卷的夹紧力分析第60-61页
    5.3 立式吊具计算结果的验证第61-64页
    5.4 本章小结第64-65页
第6章 立式钢卷吊具零部件的有限元分析第65-73页
    6.1 ABAQUS有限元分析流程第65页
    6.2 吊具杆件的有限元分析模型第65-70页
        6.2.1 环境与材料属性第66-67页
        6.2.2 杆件分析位置设置第67-68页
        6.2.3 载荷和边界条件定义第68-70页
        6.2.4 网格划分第70页
    6.3 吊具杆件应力结果分析第70-72页
        6.3.1 杆件应力分布结果分析第70-71页
        6.3.2 杆件结构强度校核第71-72页
    6.4 本章小结第72-73页
第7章 立式钢卷吊具的参数化分析与优化第73-78页
    7.1 机构的优化分析第73页
    7.2 立式钢卷吊具优化模型的建立第73-74页
    7.3 优化模型的参数化分析与研究第74-77页
        7.3.1 曲杆长度变化的影响研究第74-75页
        7.3.2 夹角变化的影响研究第75-76页
        7.3.3 双因素变化影响的讨论第76-77页
    7.4 本章小结第77-78页
第8章 总结与展望第78-80页
    8.1 总结第78-79页
    8.2 展望第79-80页
参考文献第80-83页
致谢第83-84页
攻读硕士期间已发表的论文或专利第84页
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