HY70T型吊管机配重系统的优化及仿真研究
作者单位：上海海洋大学
学位级别：硕士
导师姓名：宋秋红
授予年度：2017年
摘 要：随着我国社会的不断发展,对于化石能源的需求不断增大,管道运输以其独有的特点从众多运输方式中脱颖而出。吊管机,作为一种专门用于管道施工中的、可以起吊大重量管道并且进行载重行走的专业机械,其特殊地位日益彰显。众览全球吊管机市场,所占份额较多的公司为:美国卡特彼勒、日本小松和波兰德莱赛,这些国外公司的产品规格齐全,基本满足了起吊质量在18t-130t的各种作业需求。而我国吊管机行业起步、发展较晚,并且国内吊管机制造商所能提供的产品多数为起吊质量在25t-45t之间的中小型吊管机,起吊质量70t及以上的大型吊管机产品尚未成熟。本文的课题来源于上海市联盟计划项目,以某公司实际投入生产的DG70型履带式吊管机为原型,以企业在吊管机生产与使用中遇到的实际问题为出发点,依托高校在设计及仿真优化上的技术优势,共同提升吊管机的整体性能。在此之前,针对DG70型吊管机采用变幅油缸驱动吊臂进行起吊作业所带来的稳定性较差(抗风摆动力较低)且吊臂变幅角度较小等问题,已优化为用卷扬机来使吊臂变幅的工作方式,在增加了吊臂变幅角度的同时,提升了抗风摆动的稳定性,降低了吊管机生产成本。由于吊臂侧的结构改变导致了整机的平衡性被破坏,因此需要重新对配重系统进行优化来确保整机的稳定性。吊管机的“翻车情况,是所有可能发生的事故中最为严重的,造成该种事故的直接原因是整机的稳定性丧失,稳定性系数需要查看对应的起重机设计手册。吊管机进行起重作业及行走的时候,不但由机械的自重来维持平衡,配重系统起到了至关重要的作用。对配重质量的计算需要考虑到极限工况,分别为吊臂处空载情况下配重完全打开以及吊臂处满载情况下配重未展开,这样确定出来的配重质量取其最大值才能满足吊管机不会因为误操作或作业条件差等其它原因造成丧失稳定而整机倾翻的事故。主要研究内容及成果如下:(1)在吊臂侧合理优化减重的情况下,以靠近吊臂侧的履带中心为倾覆点,用力矩法对整机需要的配重质量重新进行了计算,得出配重质量且参考起重机设计标准M翻/M稳0.78对整机稳定性计算。(2)对配重系统进行了测绘和运动分析,再对配重系统中的配重油缸进行了计算及优化选型,仿真结果证明优化选型后的配重油缸可以运用在配重机构中,并且在配重油缸的驱动下机构展开及回收平稳、无抖动。(3)在ADAMS软件中导入由3D绘图软件制作的吊管机模型,并施加约束关系。同时,将液压回路在AMEsim软件中搭建,定义配重油缸及液压油泵等相关参数,利用ADAMS软件和AMEsim软件的关联性进行联合仿真,模拟实际工况来验证配重机构的质心位移满足力学计算的防倾覆要求;配重油缸的缸体强度符合工况要求;得出配重油缸中无杆腔和有杆腔的流量关系,满足配重机构的运行要求;得出在配重机构展开及回收的过程中,大摇臂和小摇臂所受到的最大应力点及位置。其结果验证了优化后的配重系统设计的可行性,为类似的产品结构优化提供了参考价值。(4)提取联合仿真得到的大摇臂和小摇臂的最大应力并结合实验数据,用Ansys workbench将大摇臂和小摇臂进行单独分析,利用中心组合算法,以重量为目标函数对大摇臂和小摇臂进行结构优化,得出最合适的大小摇臂尺寸参数。
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