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木材起重机的研究与主梁分析

木材起重机的研究与主梁分析

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作者：王跃东北林业大学

学位级别：硕士

俄罗斯的原木输入中国的方式以铁路运输为主,原木到达中国边境的通商口岸时,主要采用传统起重机对原木进行转运,这导致转运原木的效率极低、危险性较高且经济性差。如果能够进一步提高原木转运的机械化作业,提升原木转运效率,大大提升... 详细信息

俄罗斯的原木输入中国的方式以铁路运输为主,原木到达中国边境的通商口岸时,主要采用传统起重机对原木进行转运,这导致转运原木的效率极低、危险性较高且经济性差。如果能够进一步提高原木转运的机械化作业,提升原木转运效率,大大提升经济性,实现原木转运的连续性,改善传统木材转运效率低下的问题。因此,研究一种新型的木材转运机械设备,科学地提升木材转运的效率,降低原木装卸的成本,对中国大规模原木的进口具有极大的经济意义与现实意义。对于大规模的原木转运,需保证转运设备的灵活性与稳定性。结合当前俄罗斯进入我国边境通商口岸的原木的转运现状,设计一款专用于原木转运的起重设备。木材起重机由龙门架、行走机构、夹持机构、液压系统、控制系统及动力输出系统等部分组成,其中夹持机构与龙门架主箱梁是木材起重机的核心,夹持机构运动的合理与否,直接影响木材起重机的效率;起重龙门架主箱梁的承载能力也影响着木材起重机的安全性与耐久性。通过研究木材起重机的工作环境与工作要求,结合木材起重机作业的特殊性,收集了俄罗斯输入中国的木材的相关参数,本论文以俄罗斯输入中国木材量最大的落叶性针叶树为例,其算数平均胸径为500mm,假设其长度为20m,通过木材的数据反推龙门架结构、夹持机构等的参数,确定木材起重机的总体布置研究。运用参数化建模软件对木材起重机的整体结构与布局进行设计,确定龙门架的最大跨度为10.15m,最大高度为6.0m,并进行夹持机构总成的设计,材料采用Q235B,确定最大夹持胸径为1000mm;对主箱梁进行详细的设计与计算,得出梁高为570mm、梁宽为100mm。在虚拟样机的建立过程中,通过Creo Parametric的三维建模、虚拟装配与运动仿真的功能,对龙门架、夹持机构、轨道车等进行三维建模,再将各个机构中创建完成的零件进行装配,建立了木材起重机的虚拟样机,并对其进行运动仿真与分析,对出现干涉的机构或零件进行了参数的修改,运动仿真结果表明整机转运一捆木材的时间为109.2s,转运效率明显优于传统木材起重机(传统起重机转运一捆木材的时间约为200～300s)。通过Ansys Workbench对木材起重机中的起重龙门架主箱梁进行有限元分析,得出在静力荷载下,龙门架主箱梁沿X、Y、Z轴向的应力与应变云图,等效应力、等效应变和总位移的云图,并对主箱梁进行校核,最大应力出现在主梁底板支撑面附近,应力值为123.59MPa,小于许用应力156.667MPa,主箱梁的强度满足要求;主箱梁总变形量最大值为3.3245mm,最大应变值为0.0083693,均在允许变形的范围内,满足主箱梁刚度的要求。

关键词：木材起重机夹持机构起重龙门架主梁运动仿真有限元分析

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