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济宁卓力工矿机械设备有限公司
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可摘挂式抱索器结构设计及性能优化研究

本文针对重力式抱索器自身较重、体积大、在脱绳时容易卡死、不能进行斜坡转弯、铰孔容易开裂等缺点和不足,以及设计理论体系的不完整,研究抱索器的运动特点及结构特征,提出其核心部件的四杆机构工作原理。为设计抱索器抱紧力,采用杠杆比衡量抱索器四杆机构的增力效果,进而确定抱索器关键零件的有效尺寸。为保证抱索器抱绳的稳定性,又能在脱绳时灵活自如,采用包形系数衡量其作用效果,通过钳口理论,设计抱索器的包形角。增设轮架和摩擦板,为抱索器脱绳后在轨道上的运行提供平衡支撑和动力。最后,通过仿真分析和实验研究论证设计理论的可靠性,为抱索器的开发和设计提供理论依据和数据支持。 针对可摘挂式抱索器系统特性要求,采用Pro/E进行数字样机装配并检查装配精度,为抱索器的优化设计提供尺寸设计依据和装配数据。利用Pro/Mechanical平台对抱索器进行运动分析,检测抱索器各个零件的运动状态以及是否存在空间干涉和运动过度现象,为抱索器活动抱卡的张开角度提供三维数据,确保抱索器运动性能的实现。通过ANSYS仿真模态分析,提取抱索器的模态参数,改善抱索器结构布置和尺寸,提高易引起共振的低阶固有频率,减少因振动对抱索器零部件造成的损坏,确保抱索器安全稳定运行。再运用ANSYS应力应变仿真模块,研究应力应变的分布规律,对活动抱卡应力集中的危险部位(铰孔和内外抱体连接处),采用增厚或增大过度角等安全设计手段减小应力集中,保证抱索器的危险截面的可靠性。 实验研究中引入间接测力概念,通过测定抱索器抱紧钢块的变形,获得钢块所受压力即为抱索器抱紧力,经过反复测试,求得抱索器平均杠杆比,验证设计理论的可靠性。通过抱索器试验模态,对抱索器低阶自然频率的测定,验证抱索器结构设计的可靠性,以及仿真模态分析时边界条件设定的合理性。借助应变实验,测试抱索器内外抱体关键部位(抱头和铰孔)的应变量,对仿真中应力应变分布规律进行校验,确定抱索器核心零部件的危险截面,并优化危险截面的承载能力。 本文对可摘挂式抱索器从理论、仿真到实验进行系统性的分析研究,为抱索器的优化设计和优化性能提供理论及实验数据,经过三方面的对比分析,用理论计算指导抱索器的设计,以仿真分析优化抱索器活动抱卡的结构和尺寸,最后以实验检验优化后的效果及前期设计的准确性,为企业的研发和生产提供参考。
 
目 录 ▪ 摘要3-5▪ ABSTRACT5-7▪ 目录7-9▪ 第一章 绪论9-20▪ 1.1 论文研究背景9-10▪ 1.2 架空乘人索道研究及发展概况10-13▪ 1.3 架空乘人索道抱索器的国内外研究现状及发展趋势13-16▪ 1.3.1 抱索器研究更迭13-14▪ 1.3.2 可摘挂式抱索器研究发展现状14-16▪ 1.4 有限元法在可摘挂式抱索器中的应用研究16-17▪ 1.5 课题的来源、意义及论文主要研究内容17-20▪ 1.5.1 课题来源及研究意义17-18▪ 1.5.2 论文的主要研究内容18-20▪ 第二章 可摘挂式抱索器工作机理及结构设计20-30▪ 2.1 可摘挂式抱索器工作机理研究20-21▪ 2.2 可摘挂式抱索器数学模型研究21-23▪ 2.3 可摘挂式抱索器关键部件计算23-28▪ 2.3.1 抱索器整体设计思路23-24▪ 2.3.2 内抱体力学性能设计24-25▪ 2.3.3 外抱体力学性能设计25-26▪ 2.3.4 外抱体抱头部分包络角及杠杆比设计26-28▪ 2.4 可摘挂式抱索器总体设计28-29▪ 2.5 本章小结29-30▪ 第三章 可摘挂式抱索器动力学分析及模态分析30-47▪ 3.1 可摘挂式抱索器仿真分析思路30-32▪ 3.1.1 抱索器运动仿真分析30▪ 3.1.2 抱索器有限元仿真前处理30-31▪ 3.1.3 抱索器接触分析31▪ 3.1.4 抱索器模态分析31-32▪ 3.2 可摘挂式抱索器Pro/E建模及运动分析32-37▪ 3.2.1 几何模型建立32-33▪ 3.2.2 虚拟装配33-35▪ 3.2.3 Pro/E机构运动分析35-37▪ 3.3 可摘挂式抱索器有限元模态分析关键技术研究37-43▪ 3.3.1 有限元模型建立及结构简化37-39▪ 3.3.2 模型网格划分39▪ 3.3.3 有限元接触分析39-41▪ 3.3.4 有限元模态分析及模态参数研究41-43▪ 3.4 抱索器幅频特性仿真值与测试值对比分析43-46▪ 3.5 本章小结46-47▪ 第四章 可摘挂式抱索器有限元应力应变仿真分析47-53▪ 4.1 抱索器整体应力应变参数设定及仿真分析47-49▪ 4.2 抱索器活动抱卡应力应变仿真结果分析49-52▪ 4.2.1 内抱体应力应变分布变化规律49-51▪ 4.2.2 外抱体应力应变分布变化规律51-52▪ 4.3 本章小结52-53▪ 第五章 可摘挂式抱索器实验数据处理及结果分析53-62▪ 5.1 抱索器活动抱卡抱紧力测试及杠杆比测试53-57▪ 5.2 抱索器活动抱卡应变测试及结果分析57-61▪ 5.2.1 测试方法和装置57-58▪ 5.2.2 内抱体应变测试及结果分析58-59▪ 5.2.3 外抱体应变测试结果与分析59-61▪ 5.3 本章小结61-62▪ 第六章 全文总结与展望62-65▪ 6.1 全文总结62-63▪ 6.2 未来展望63-65▪ 参考文献65-70▪ 致谢70-71▪ 攻读硕士学位期间主要研究成果71

济宁卓力工矿设备有限公司固定式抱索器,包括主体,主抱爪固定在主体上,吊椅连杆通过滑动轴承装在主体上,滑动轴承通过止位平垫和轴用弹簧挡圈装在主体上,在主体上装有锁紧螺栓,在锁紧螺栓有锁紧螺母,锁紧螺栓前端有弹性顶杆,弹性顶杆前端有刚性顶杆,活动抱爪连接在刚性顶杆上,并套在主抱爪上。弹性顶杆为弹性材料制成。本实用新型实现了对不同直径的钢丝绳进行可靠的抱索,不破坏钢绳本体,并能自动补偿夹紧力;安装维护方便;乘人吊椅保持竖起,乘员上、下方便;固定在钢绳上的抱索器与轮衬弧面吻合,磨损小,振动小,运行成本低,延长了使用寿命,特别是本实用新型可以绕驶驱动轮和迂回轮,使索道系统运行平稳和安全。   1、一种固定式抱索器,包括主体[8],主抱爪[11]固定在主体[8] 上,吊椅连杆[10]通过滑动轴承[5]装在主体[8]上,滑动轴承[5]通过止位平垫[4]和轴用弹簧挡圈[3]装在主体[8]上,其特征在于:在主体[8]上装有锁紧螺栓[1],在锁紧螺栓[1]有锁紧螺母[2],锁紧螺栓 [1]前端有弹性顶杆[6],弹性顶杆[6]前端有刚性顶杆[7],活动抱爪 [9]连接在刚性顶杆[7]上,并套在主抱爪[11]上。