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基于缩尺模型的桥式抓斗卸船机安全评估研究
| 论文题名： | 基于缩尺模型的桥式抓斗卸船机安全评估研究 |
| 关键词： | 缩尺模型;桥式抓斗卸船机;安全评估;三维有限元建模 |
| 摘要： | 桥式抓斗卸船机在作业过程中存在反复启动和制动,各结构件经常承受比较强烈的振动和冲击,所以,整体钢结构的强度计算和稳定性控制变得非常重要。但是,由于卸船机结构庞大、工作环境恶劣,受到人力、经济和设备能力的限制,现场试验难以组织。为了以较低的试验成本,为卸船机的设计、制造、维护和维修等提供相关理论依据和试验数据,本论文以湛江港在役的2250t/h型桥式抓斗卸船机(以下简称卸船机)为具体研究对象,对其开展静力与动力相似理论分析、缩尺模型设计与制作、三维有限元建模与仿真以及模型试验等系统研究。具体方法、结果及结论如下: 通过大量收集国内外港口起重机的相关资料,系统了解港口起重机研究现状和发展趋势;实地勘查2250t/h型桥式抓斗卸船机,掌握该型号卸船机的工作原理、结构组成、主要技术参数和载荷类型等。在此基础上,根据相似原理,运用量纲分析法推导该卸船机在多种因素影响下的静力和动力相似准则,为其缩尺模型的设计、制作以及相似性判定提供理论依据。 综合卸船机的静力和动力相似理论分析结果,完成其1:40缩尺模型的设计,并用Pro/E画出整体装配图和所有零件图,最后选用合适的型材制作卸船机钢结构的实物缩尺模型,为后面的模型试验研究打下了基础。 在完成卸船机钢结构缩尺模型的设计和制作基础上,用Pro/E分别建立了卸船机原型及其缩尺模型的三维实体模型,并导入Ansys Workbench建立两者的三维有限元模型。首先,对两者分别进行了结构静力分析,比较两者的应力场和应变场,验证了静力相似准则的正确性;其次,对两者分别进行了模态分析,对比两者的模态振型和模态频率,验证了动力相似准则的正确性。以上研究为卸船机的设计、制造和维护提供相关理论依据。 根据卸船机原型及其缩尺模型的有限元分析结果,对制作出的卸船机钢结构缩尺模型开展了应力应变特性研究和模态试验研究:通过应力应变特性试验研究,获得了模型俯仰梁与前拉杆上5个测点在满载荷的抓斗从抓料位置运动至卸料位置过程中的应变-时间历程曲线,将试验结果与有限元结构静力分析结果对比,吻合较好,验证了卸船机缩尺模型的合理性和结构静力分析结果的正确性;通过模态试验研究,获得了模型俯仰梁端部、主梁端部和塔架最高处三个测点的三向振动幅频特性曲线,识别得出各测点在三个方向上的固有频率,与缩尺模型的有限元模态分析结果吻合较好,验证了模型的合理性和模态分析结果的正确性。 综合以上研究,得出结论:本文设计制造的卸船机缩尺模型符合静力和动力相似准则;可以将该模型上的试验数据推算到原型上,为卸船机的设计制造、维护维修和安全评估等提供数据。 |
| 作者： | 王超 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 谭光宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东海洋大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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