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多级伸缩臂油缸钢丝绳同步伸缩结构动静态特性研究

作　者: 张玖
导　师: 车仁炜
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 箱形伸缩臂 同步伸缩 力学特性 整体稳定性 局部稳定性
分类号: TH211.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


油缸钢丝绳同步伸缩系统驱动的多级箱型伸缩臂具有尺寸小、重量轻的优点,特别适宜于狭小空间内作业。伸缩臂的性能对起重机在大幅度高起升工况下的性能的影响至关重要。为保证升降机构具有良好的性能,要求伸缩臂必须具备足够的强度,刚度和稳定性。目前的研究成果中,只有针对四级以下伸缩臂同步机构力学特性进行的分析计算,并且没有给出相关的数学模型,仅是对受力情况进行了简单的分析。本文基于伸缩臂结构受力状态,建立了任意节伸缩臂结构油缸及钢丝绳设备数学模型。在此基础上研究设备的强度和刚度问题,给出了一种合理的强度计算方法,并得到了当伸缩臂结构不承受侧向力或侧向力很小时刚度易于控制的结论。根据力学特性的分析结果,进行了如下几个方面的研究:通过对两种模型所得计算结果的比较分析,建立了箱形伸缩臂模态分析的准确模型,并通过实例计算验证了伸缩臂振动稳定性较容易满足的特点。通过对臂架低阶主振型的分析表明,臂架的振动位移最大处均在其侧向。因此臂架需要有一定的侧向刚度以保证其振动稳定性,即要求箱型截面形状设计合理。建立了基于局部稳定性分析的伸缩臂箱体有限元模型,并按照实际受力情况加载计算,并与按起重机规范推荐的一般箱形结构局部稳定性算法所得计算结果进行比对分析。分析可知在钢丝绳滑轮系统的作用下,箱体结构的局部稳定性有一定的提高。选取三种典型情况的伸缩臂结构进行整体稳定性研究。分别为:单级钢丝绳系统驱动;油缸和钢丝绳系统联合驱动;两级钢丝绳系统驱动。解微分方程,并根据其边界条件可得出等效失稳特征矩阵,可求得变截面长度计算系数。经计算可知,油缸和钢丝绳系统都能提高伸缩臂整体稳定性。选取有限差分法与线性简化计算公式进行比对分析,最终结果表明油缸钢丝绳同步伸缩系统驱动的多级伸缩臂采用线性化挠曲变形公式进行静刚度计算是准确的。通过对油缸钢丝绳同步伸缩系统的动态特性和静态特性的研究,证明了油缸钢丝绳同步伸缩系统可提高多级伸缩臂结构的整体稳定性及局部稳定性。当箱型臂截面设计合理且在危险截面处实施局部补强后,可使臂架具有良好的刚度,强度,振动稳定性。本文的研究对起重机设计规范做了进一步的补充和完善。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外该方向研究现状  10-16
    1.2.1 箱形伸缩臂伸缩机构的发展  10-12
    1.2.2 结构稳定性研究现状  12-13
    1.2.3 结构稳定性判断准则与分析方法  13-14
    1.2.4 国内箱形伸缩臂研究现状  14-16
  1.3 本课题的主要研究内容  16-18
第2章 同步伸缩机构力学分析  18-29
  2.1 同步伸缩设备机械结构  18-21
    2.1.1 作业环境  18-19
    2.1.2 同步伸缩机构原理  19-20
    2.1.3 同步伸缩机构形式  20-21
  2.2 同步伸缩系统力学特性研究  21-26
    2.2.1 工作载荷分析  21-22
    2.2.2 伸缩机构各级负载分析  22-24
    2.2.3 承重部件受力分析及设备选用研究  24-26
  2.3 伸缩机构臂架静强度与静刚度研究  26-28
    2.3.1 强度分析  26-28
    2.3.2 刚度分析  28
  2.4 本章小结  28-29
第3章 伸缩臂模态与局部稳定性研究  29-46
  3.1 模态分析理论  29
  3.2 建模求解及结果分析  29-34
    3.2.1 建模  29-31
    3.2.2 求解与结果分析  31-34
  3.3 箱形伸缩臂的局部稳定性问题  34-38
    3.3.1 局部稳定性问题的提出  34-35
    3.3.2 设计规范推荐的板稳定性算法  35-37
    3.3.3 板局部稳定性分析的有限元法  37-38
  3.4 同步伸缩机构臂架局部稳定性研究  38-44
    3.4.1 危险截面受力分析  38-39
    3.4.2 采用解析法的局部稳定性计算  39-40
    3.4.3 本文所用模型局部稳定性计算  40-43
    3.4.4 结果分析  43-44
  3.5 本章小结  44-46
第4章 伸缩臂整体稳定性与非线性变形研究  46-60
  4.1 伸缩臂整体稳定性的计算方法  46-48
  4.2 伸缩臂整体稳定性问题研究  48-57
    4.2.1 单级同步伸缩系统对二节臂稳定性的影响  48-51
    4.2.2 单级油缸钢丝绳同步伸缩系统对三节臂稳定性的影响  51-53
    4.2.3 二级钢丝绳同步伸缩系统对三节臂稳定性的影响  53-56
    4.2.4 结果分析  56-57
  4.3 伸缩臂非线性变形计算与研究  57-59
    4.3.1 研究伸缩臂非线性变形的意义  57
    4.3.2 伸缩臂非线性变形的计算精度研究  57-59
  4.4 本章小结  59-60
结论  60-62
参考文献  62-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 起重机械与运输机械 > 起重机械 > 简易起重机械 > 升降机、升降台
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