電纜牽引機關鍵零部件有限元分析與結構優(yōu)化.pdf

1、隨著我國國民經濟的發(fā)展，以制造業(yè)為代表的各項產業(yè)對電力的需求也日益增大，然而電網(wǎng)建設卻不能很好地滿足日益增長的電力需求。為了打破我國電網(wǎng)建設長期滯后的局面，各地出現(xiàn)了新一輪的電網(wǎng)擴建項目和以跨地區(qū)輸電為目標的超高壓輸電線路建設。張力架線是電網(wǎng)輸電線路建設的主要形式，而電纜牽引機則是張力架線施工的關鍵設備。
　　 電纜牽引機進行牽引作業(yè)時所受的主要載荷來自于鋼絲繩上的牽引力，而牽引力則主要由牽引卷筒和車架承受，因此其力學性能的優(yōu)劣

2、是牽引機設計制造水平的重要體現(xiàn)。當前國內針對電纜牽引機牽引卷筒和車架的研究甚少，本文以國產ZX290電纜牽引機的牽引卷筒和車架為研究對象，主要研究工作如下：
　　 (1)針對電纜牽引機的關鍵零部件牽引卷筒和車架的主要工作要求，在分析國內外同類零部件主要研究狀況的基礎上，確定以牽引機的關鍵零部件—雙摩擦卷筒和車架的強度理論計算、有限元分析及結構改進為主要研究內容。
　　 (2)以纏繞在雙摩擦牽引卷筒的鋼絲繩受力分析為切入點

3、，對牽引卷筒受力及變形機理進行了深入研究。首先利用微積分原理及力學理論對纏繞在卷筒表面的鋼絲繩受力情況進行研究，得出鋼絲繩進、出線處的張力函數(shù)關系及變化規(guī)律；在此基礎上，對筒殼徑向和軸向截面在徑向壓力和彎矩作用下的變形狀態(tài)進行研究，得出筒殼單元梁力學模型的變形通解方程；結合牽引卷筒的裝配結構，建立了牽引筒殼單元梁的力學鉸接模型，通過對筒殼內小單元體的應力狀態(tài)分析并應用第三強度理論，構建了筒殼單元梁力學計算模型。揭示了筒類零件在載荷作用下

4、的變形機理，為牽引卷筒的優(yōu)化奠定了基礎。
　　 (3)根據(jù)牽引卷筒繩槽所受載荷的變化規(guī)律，基于各繩槽的最大載荷，采用ANSYS軟件建立了牽引卷筒的有限元模型，并進行了分析，探討了卷筒應力分布及變形情況，確定了卷筒危險工作區(qū)域，驗證了卷筒的力學安全性；同時將有限元分析結果與筒殼單元梁力學計算結果進行比對，分析了二者產生差異的原因，并進行了結構改進后的仿真，驗證了前述筒殼單元梁力學推導的正確性，為卷筒的優(yōu)化設計提供了理論依據(jù)。

5、>　　 (4)以牽引卷筒的重量為目標函數(shù)，以卷筒的繩槽底直徑、卷筒壁厚、繩槽數(shù)為設計變量，以相關的結構設計要求和使用要求作為約束條件，建立了牽引卷筒的優(yōu)化數(shù)學模型；利用MATLAB軟件，對卷筒結構參數(shù)進行優(yōu)化，得到了理論最優(yōu)解，結合卷筒的實際裝配結構，給出了牽引卷筒的最優(yōu)設計值，使重量減輕了l6.5％；在此基礎上進一步對優(yōu)化結果進行有限元仿真分析，表明優(yōu)化結果滿足性能要求，為摩擦式卷筒類零部件設計提供了新的設計思路。
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