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三车翻车机转子应力有限元分析及柔性支撑系统设计

作　者: 李金花
导　师: 姜世平
学　校: 燕山大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 翻车机有限元分析应力应变中间环柔性支撑
分类号: U653.928
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

翻车机是一种高效的卸载设备,主要在港口码头翻卸铁路敞车装载的各种散状物料。传统的两点支撑的翻车机转子由于两侧端环跨距很大使得着翻车机在运行过程中主梁中部挠度大,造成翻车机梁与端环连接部位应力过大、端环塑性偏摆及小齿轮和齿条不能正常啮合等一系列问题,这些都严重影响着翻车机的使用寿命。本文以FZ3-3型翻车机转子为研究对象,在ANSYS环境中建立翻车机转子模型,对其五种载荷工况下的应力应变进行有限元分析,找出各工况下的最大应力及最大变形位置。在原翻车机转子结构的基础上提出在翻车机转子中部增加中间环及柔性支撑系统的设计构思,对中间环柔性支撑系统进行设计。对翻车机转子结构进行力学模型简化,利用简支梁挠度叠加原理计算出中间环的支撑反力。根据支撑反力对柔性支撑系统中的杠杆系统进行设计计算和有限元强度校核。对柔性支撑系统中的液压缸进行基本参数计算和选型,绘制柔性支撑系统结构图及液压原理图。在ANSYS环境中建立三环翻车机转子模型,并取相同五种载荷工况对其进行有限元应力分析,找出各工况下的最大应力和最大变形位置。与原结构作对比分析得出三环翻车机转子结构在各工况下的最大应力和最大位移均比原结构减小的结论,达到了减小翻车机梁挠度、减小端环轴向偏摆和缓解端环与翻车机梁连接部位应力集中的目的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 概述  11-12
  1.2 国内外翻车机系统发展简介  12-14
    1.2.1 国外翻车机的发展简介  12-13
    1.2.2 国内翻车机发展简介  13-14
  1.3 翻车机的分类及结构特点  14-15
  1.4 翻车机的工作流程及要求  15-16
    1.4.1 翻车机的工作流程  15-16
    1.4.2 翻车机的安全要求  16
  1.5 课题来源与研究内容  16-19
    1.5.1 课题来源  16-17
    1.5.2 课题的主要研究内容  17-19
第2章 FZ3-3 型翻车机转子应力有限元分析  19-39
  2.1 FZ3-3 型翻车机简介  19-22
    2.1.1 FZ3-3 型翻车机的结构简介  19-21
    2.1.2 FZ3-3 型翻车机的主要参数简介  21-22
  2.2 有限元法及ANSYS 简介  22-23
    2.2.1 有限元法简介  22-23
    2.2.2 ANSYS 简介  23
  2.3 建立FZ3-3 型翻车机转子模型  23-25
    2.3.1 简化转子模型  23-24
    2.3.2 确定转子约束条件  24
    2.3.3 建立转子模型  24-25
  2.4 转子模型的网格划分  25-27
    2.4.1 定义单元属性  25-26
    2.4.2 模型的网格划分  26-27
  2.5 施加约束与载荷并求解  27-31
    2.5.1 载荷工况的选择  27-28
    2.5.2 敞车随翻车机翻转时载重量的计算  28-29
    2.5.3 转子在不同翻转角度的载荷分布  29-30
    2.5.4 施加约束条件和载荷  30-31
    2.5.5 求解  31
  2.6 翻车机转子模型有限元计算结果分析  31-38
    2.6.1 翻车机转子在0°时的应力应变分析  32-33
    2.6.2 翻车机转子在60°时的应力应变分析  33-34
    2.6.3 翻车机转子在90°时的应力应变分析  34-35
    2.6.4 翻车机转子在120°时的应力应变分析  35-36
    2.6.5 翻车机转子在160°时的应力应变分析  36-38
  2.7 本章小结  38-39
第3章中间环的柔性支撑系统设计  39-55
  3.1 三支点式三车翻车机的设计构思  39-40
  3.2 中间环柔性支撑系统的设计方案  40-41
  3.3 中间环支撑反力RC 的计算  41-47
    3.3.1 翻车机力学简化模型的建立  41
    3.3.2 计算主梁在加强环处的挠度  41-44
    3.3.3 计算前后整合梁在加强环处的挠度  44-45
    3.3.4 计算主梁中部的挠度  45-46
    3.3.5 计算支撑反力Rc  46-47
  3.4 杠杆系统设计  47-50
    3.4.1 杠杆的结构尺寸设计  47-48
    3.4.2 杠杆强度校核  48-50
  3.5 液压缸的参数计算、选型及安装  50-52
    3.5.1 液压缸基本参数计算  50
    3.5.2 液压缸型号的选择  50-51
    3.5.3 液压缸的安装方式及活塞杆与凸缘滚轮的安装方式  51-52
  3.6 绘制柔性支撑系统结构图及液压原理图  52-54
  3.7 本章小结  54-55
第4章三环翻车机转子应力有限元分析  55-71
  4.1 三环翻车机转子模型的建立  55
  4.2 三环翻车机转子模型的网格划分  55-56
  4.3 约束与载荷的施加及求解  56-58
    4.3.1 约束条件的确定  56
    4.3.2 中间环支撑反力RC 的计算  56-57
    4.3.3 中间环径向支撑反力的计算  57
    4.3.4 载荷与约束的施加及求解  57-58
  4.4 三环翻车机转子有限元静强度计算结果分析  58-64
    4.4.1 三环翻车机转子在0°时的应力应变分析  58-59
    4.4.2 三环翻车机转子在60°时的应力应变分析  59-60
    4.4.3 三环翻车机转子在90°时的应力应变分析  60-62
    4.4.4 三环翻车机转子在120°时的应力应变分析  62-63
    4.4.5 三环翻车机转子在160°时的应力应变分析  63-64
  4.5 三环翻车机与两环翻车机有限元计算结果对比分析  64-70
  4.6 本章小结  70-71
结论  71-72
参考文献  72-76
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  76-77
致谢  77-78
作者简介  78

三车翻车机转子应力有限元分析及柔性支撑系统设计

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