起重机用不旋转钢丝绳理论研究及其寿命估算

发布时间：2021-01-18 15:06

　　钢丝绳是起重设备的重要部件，被广泛应用于旅游、交通、采矿、港口等工程实际中。在吊装作业中使用较多的是普通钢丝绳，但普通钢丝绳在作业中会发生旋转，这给作业带来一定的危险，甚至会危及生命与财产安全。因此，在单绳吊重及要求高速、平稳、高行程的场合，不旋转钢丝绳逐步代替普通钢丝绳，成为起重机的主要部件。然而不旋转钢丝绳有内部磨损与内部疲劳断丝、断股的缺陷，极大地降低了使用寿命。目前对不旋转钢丝绳的内部磨损与疲劳破坏的检测缺乏有效办法，使得其在使用中存在极大的安全隐患。由于不旋转钢丝绳的结构复杂性造成其受力计算的困难，目前国内外对其深入研究较少，随着不旋转钢丝绳的使用量越来越大，对不旋转钢丝绳的力学分析、摩擦磨损及疲劳寿命等方面的理论研究存在迫切需要。本文首先仿真研究了起重机提升工况的受力情况，获得不旋转钢丝绳吊重起升的动载。接着，应用坐标变换原理分别推导了不旋转钢丝绳在直线段和绕滑轮弯曲段下其钢丝的空间螺旋线方程；根据该螺旋线方程，首次在三维CAD软件PROE中建立了不旋转钢丝绳的三维实体几何实体模型，并给出了钢丝曲率与接触角的计算方法；借鉴Costello的普通钢丝绳的弹性理论，建立了不旋转... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：151 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 课题的背景及研究意义
    1.3 钢丝绳力学模型的研究现状
        1.3.1 普通钢丝绳力学模型的研究现状
        1.3.2 不旋转钢丝绳力学模型的研究现状
    1.4 钢丝绳的失效及寿命研究现状
        1.4.1 普通钢丝绳的失效研究现状
        1.4.2 不旋转钢丝绳的失效研究现状
        1.4.3 普通钢丝绳的寿命研究现状
        1.4.4 不旋转钢丝绳的寿命研究现状
    1.5 本文研究内容及结构
第二章 起重机吊重起升动力学仿真
    2.1 引言
    2.2 起重机起升系统动力学模型
        2.2.1 动力学模型
        2.2.2 动力学方程
    2.3 有级调速起重机起升动载特性分析
        2.3.1 动力学方程求解
        2.3.2 有级调速起重机实例分析
    2.4 变频调速起重机起升动载特性分析
        2.4.1 变频调速提升的加速特征曲线
        2.4.2 动力学方程求解
        2.4.3 变频调速起重机实例分析
    2.5 起升动载测量实验及分析
    2.6 本章小节
第三章 不旋转钢丝绳的空间几何模型建立
    3.1 引言
    3.2 不旋转钢丝绳结构特点
    3.3 不旋转钢丝绳的空间螺旋线方程
        3.3.1 直线段钢丝绳空间螺旋线方程
        3.3.2 过滑轮弯曲段钢丝绳空间螺旋线方程
        3.3.3 钢丝的曲率和挠率
        3.3.4 内外股钢丝的接触角
    3.4 不旋转钢丝绳三维实体模型建立
        3.4.1 钢丝的中心线
        3.4.2 几何实体模型
    3.5 本章小结
第四章 不旋转钢丝绳的力学建模及受力分析
    4.1 引言
    4.2 不旋转钢丝绳力学模型建立
        4.2.1 单股钢丝绳已知应变的受力方程
        4.2.2 单股钢丝绳已知张力的受力方程
        4.2.3 单股钢丝绳内应力计算
        4.2.4 不旋转钢丝绳受力方程
        4.2.5 不旋转钢丝绳过滑轮的弯曲应力计算
    4.3 数学模型与有限元计算对比
        4.3.1 单股钢丝绳受力模型与有限元对比
        4.3.2 不旋转钢丝绳受力模型与有限元对比
    4.4 不旋转钢丝绳的应力分析
        4.4.1 单股钢丝绳的内应力分析
        4.4.2 钢芯不旋转钢丝绳的内应力分析
        4.4.3 麻芯不旋转钢丝绳的内应力分析
    4.5 不旋转钢丝绳过滑轮弯曲应力分析
        4.5.1 钢丝弯曲应力的分布规律
        4.5.2 危险钢丝的弯曲应力分析
        4.5.3 不同捻向下危险钢丝的弯曲应力
        4.5.4 不同滑轮直径的危险钢丝弯曲应力
    4.6 本章小结
第五章 不旋转钢丝绳摩擦磨损研究
    5.1 引言
    5.2 不旋转钢丝绳的外部磨损分析
        5.2.1 钢丝绳—滑轮接触模型
        5.2.2 钢丝绳与滑轮接触应力分析
        5.2.3 钢丝绳外部磨损理论分析
    5.3 不旋转钢丝绳的内部磨损模型
        5.3.1 不旋转钢丝绳内的钢丝接触
        5.3.2 内部磨损点的坐标表达
        5.3.3 内部磨损微动距离计算
        5.3.4 内部磨损微动速度计算
        5.3.5 内外股钢丝接触应力计算
        5.3.6 钢丝磨损预测模型
    5.4 不旋转钢丝绳内部磨损数值仿真
        5.4.1 内部磨损数值仿真流程
        5.4.2 内部磨损仿真结果
        5.4.3 基于钢丝磨损的换绳准则
    5.5 不旋转钢丝绳摩擦磨损实验研究
        5.5.1 不旋转钢丝绳磨粒铁谱试验
        5.5.2 不旋转钢丝绳解剖实验
    5.6 本章小结
第六章 不旋转钢丝绳寿命估算研究
    6.1 引言
    6.2 寿命估算的研究思路
        6.2.1 寿命预估的假设
        6.2.2 寿命预估思路
    6.3 载荷谱建立
        6.3.1 名义应力谱的表达
        6.3.2 钢丝绳载荷谱的组成
        6.3.3 装卸循环载荷谱
        6.3.4 振动循环载荷谱
        6.3.5 弯曲循环载荷谱
        6.3.6 实际工况载荷谱
    6.4 动态疲劳缺口系数
        6.4.1 动态疲劳缺口系数定义
        6.4.2 动态应力集中系数
        6.4.3 动态的疲劳缺口系数计算
    6.5 不旋转钢丝绳的疲劳损伤估算
        6.5.1 疲劳损伤估算方法
        6.5.2 制绳钢丝疲劳性能参数
        6.5.3 应力循环的转换
        6.5.4 疲劳损伤累积准则
        6.5.5 疲劳试验与寿命估算结果分析
    6.6 不旋转钢丝绳失效原因分析
        6.6.1 失效主要原因
        6.6.2 提高不旋转钢丝绳寿命的措施
    6.7 本章小结
结论
    1 主要工作及结论
    2 创新点
    3 展望与建议
参考文献
附录
    附录 1 受力计算及寿命估算程序界面
    附录 2 起重机动载测量试验的部分曲线
    附录 3 内部磨损的磨斑显微图像
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Workbench的钢丝绳疲劳寿命分析[J]. 李婷,苗运江.  煤矿机械. 2011(05)
[2]不旋转钢丝绳力学模型的研究[J]. 谢小鹏,贾尚雨,牛高产.  煤矿机械. 2010(08)
[3]桥式起重机起吊过程的动力学分析[J]. 孙民,王志远,付为刚.  机械. 2010(05)
[4]基于虚拟样机技术的门式起重机动力学仿真分析[J]. 胡晓光,隋允康,丁克勤,宇慧平.  科技导报. 2010(02)
[5]钢质滑轮硬度对6×19W+IWR钢丝绳疲劳寿命的影响[J]. 马光全.  金属制品. 2009(03)
[6]钢丝绳股内钢丝的载荷分布[J]. 马军,葛世荣,张德坤.  机械工程学报. 2009(04)
[7]矿井提升钢丝绳磨损原因的分析[J]. 陈洪玉,张鹤,徐文娟.  表面技术. 2009(02)
[8]粗直径多层股抗旋转钢丝绳生产技术难点探析[J]. 秦万信,李锁生.  金属制品. 2008(05)
[9]滑轮对钢丝绳使用寿命的影响[J]. 李伟.  金属制品. 2008(04)
[10]随机载荷模式下钢丝绳疲劳寿命的预估[J]. 景天虎.  起重运输机械. 2008(05)

博士论文
[1]多轴疲劳寿命模型及疲劳试验谱编制方法研究[D]. 赵勇铭.南京航空航天大学 2009
[2]钢丝绳的疲劳行为特征与损伤机理研究[D]. 廖红卫.武汉理工大学 2006
[3]疲劳寿命预测若干方法的研究[D]. 雷冬.中国科学技术大学 2006
[4]钢丝绳捻制成形数值模拟与制品力学强度分析[D]. 孙建芳.华中科技大学 2004

硕士论文
[1]不旋转钢丝绳的力学特性与失效研究[D]. 贾尚雨.华南理工大学 2011
[2]钢丝绳力学特性及失效机理研究[D]. 倪忠进.昆明理工大学 2008



本文编号：2985159