电缆提升输送装置力学性能分析与优化

发布时间：2020-08-17 14:31

【摘要】：随着靠岸船舶发电造成的严重污染问题的加剧,船舶靠岸后由原燃煤供电转为港口电缆供电成为全球趋势,这促使岸电电缆提升输送装置需求量剧增。因此研究电缆提升输送装置对全球环境保护具有十分重要的意义。值得关注的是,电缆提升输送装置尚处于基础开发阶段。因此,针对电缆提升输送装置进行结构设计、有限元静力学分析、疲劳寿命分析、试验研究、拓扑优化设计具有很大的研究意义。本论文主要对以下内容进行研究:(1)对电缆提升输送装置进行设计,此装置共包括升降装置、倾斜装置、旋转装置、输送装置、岸电电缆绞车、水平伸缩装置等部分。通过联动控制,实现同步输送电缆。然后对主要结构进行受力分析,计算强度满足设计要求。(2)对电缆提升输送装置进行有限元静力学分析,将装置从上至下简化成4层结构。计算在0~8级风时,3种工况下的应力应变情况,将静力学分析结果导入Femfat中作疲劳分析。结果显示:装置的强度、刚度和疲劳特性符合设计要求;最大应力值出现在第4层偏心轴处,次最大应力值出现在第3层底部横档处,但此两处材质不同,因而第3层是最易强度和疲劳破坏位置;4级风后,风速增大时应力增长速度加快,且疲劳寿命降低速度加快;风压方向与倾斜方向一致时是最差工况。(3)由于该装置是新设计产品,同时在有限元分析时,采取了简化模型的方式,为验证产品性能与有限元分析正确性,进行试验研究。试验包括两部分:第一,主要研究产品实际的性能。第二,研究在风压方向与倾斜方向一致时,4级风速时,电缆提升输送装置应力分布情况。试验结果显示,电缆提升输送装置性能满足设计要求,应力应变测试与有限元分析结果的误差在允许范围内。(4)最后进行拓扑优化设计,对比优化前后的参数变化。结果显示,优化后,总质量降低11.2%;在3种工况下1~4层强度、刚度和疲劳寿命均得到有效优化,整体性能得到很大提高;最易破坏位置发生改变,由第3层的底部横档处转移到顶部提升处;风速对装置的强度、刚度和疲劳特性的影响基本趋势未变。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM75

【参考文献】