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钢丝绳拉力试验机夹持与拉伸机构动力学仿真及结构优化

钢丝绳拉力试验机夹持与拉伸机构动力学仿真及结构优化

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作者：顾玮琳济南大学

学位级别：硕士

针对钢丝绳拉力试验机在拉伸试验过程中容易发生夹持打滑和试样压溃,以及钢丝绳破断试验时,试样拉断瞬间产生冲击导致设备关键零件受损,严重影响设备的正常使用的问题,采用理论分析、仿真分析与实验研究相结合的方法对原拉力试验机的夹... 详细信息

针对钢丝绳拉力试验机在拉伸试验过程中容易发生夹持打滑和试样压溃,以及钢丝绳破断试验时,试样拉断瞬间产生冲击导致设备关键零件受损,严重影响设备的正常使用的问题,采用理论分析、仿真分析与实验研究相结合的方法对原拉力试验机的夹持机构和拉伸机构展开研究,并进行优化改进设计,以期获得性能优良的多规格钢丝绳力学性能检测设备,为设备的安全使用提供保障。以YS9-8×19W型编织防扭钢丝绳为试样,进行夹持失效成因分析。建立原拉力试验机夹持机构钳口-钢丝绳模型,借助ANSYS Workbench进行钢丝绳的夹持-拉伸过程动力学仿真分析,获取钢丝绳的应力分布状况;应用静力学分析手段以及对钳口几何结构的分析,发现正弦曲线型钳口与钢丝绳并非全程密切接触,峰谷过渡段存在应力集中。表明正弦曲线型钳口存在设计缺陷,导致夹持失效。基于夹持失效成因分析结果,探讨增力机构原理,进行夹持机构改进设计,并应用仿真手段进行改进后夹持机构的强度校核;同时进行了改进后夹持机构的钢丝绳夹持-拉伸过程动力学仿真分析,结果显示钢丝绳最大应力变化平缓、无应力集中现象;在此基础上使用该夹持机构进行钢丝绳拉伸实验,结果表明,改进后的夹持机构满足钢丝绳力学性能检测要求,验证了夹持机构改进设计的有效性和可靠性。分析钢丝绳破断过程拉伸机构损伤机理,建立钢丝绳破断前与破断瞬间拉伸机构的单自由度动力学理论模型,求解获得连接螺栓所受冲击载荷;使用ADAMS建立钢丝绳拉力试验机虚拟样机,进行钢丝绳拉伸-破断过程动力学仿真分析,得到连接螺栓受到的冲击载荷,比对理论模型和仿真模型的计算结果,表明冲击载荷计算结果的可靠性;诠释了连接螺栓崩断的原因,为后续缓冲装置的设计提供了数据支撑。结合冲击载荷计算结果及拉力试验机实际工况进行缓冲方案分析与设计,确定了机械与液压复合缓冲方式;进行缓冲装置的关键零部件选型计算,并进行结构设计;使用ADAMS建立增设缓冲装置的拉力试验机虚拟样机,进行钢丝绳拉伸-破断-缓冲过程动力学仿真分析,验证缓冲装置设计的合理性。仿真结果表明:缓冲装置能够有效解决拉力试验机冲击损伤问题,保障钢丝绳拉伸试验的安全进行。

关键词：钢丝绳拉力试验机夹持机构拉伸机构缓冲装置动力学仿真

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钢丝绳拉力试验机的设计与研究

钢丝绳拉力试验机的设计与研究

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作者：张泽栋东北大学

学位级别：硕士

钢丝绳力学性能的好坏对安全生产尤为重要,为了准确地研究钢丝绳的实际性能就需要专用的试验机。本课题就是应某索具企业的需求设计一套拉力试验设备,主要用于高强度钢丝绳的出厂检测。针对本课题主要完成的工作内容以及相应的研究结论... 详细信息

钢丝绳力学性能的好坏对安全生产尤为重要,为了准确地研究钢丝绳的实际性能就需要专用的试验机。本课题就是应某索具企业的需求设计一套拉力试验设备,主要用于高强度钢丝绳的出厂检测。针对本课题主要完成的工作内容以及相应的研究结论有:(1)通过查阅大量相关文献,了解国内外大型拉力试验机的结构特点,确定本文钢丝绳拉力试验机的设计方案。为了应对钢丝绳等较长试件的检测,该拉力试验设备采用组装式框架结构,并且依据钢丝绳试件的几何尺寸和力学性能,确定框架结构的基本设计参数。(2)利用SolidWorks软件对钢丝绳拉力试验机的主机框架、横梁结构以及液压缸等部件进行三维建模,并通过有限元分析软件ANSYS对试验机中关键承载部件进行分析。其中主机框架所受的最大应力值远远超出了材料的屈服强度,并且最大变形量也不符合企业标准。依据分析结果对框架结构进行局部优化,优化后框架的最大应力为342.86MPa,最大变形量为4.268mm。从仿真结果看,符合强度和刚度要求。(3)根据技术要求完成试验机液压系统的设计,其中包括液压原理图的绘制、液压元件的选型、主要集成块的设计与分析。在对集成块内流场分析的过程中,探讨了钻孔后的刀尖角区域对流体流动性能的影响。同时对试验机上主要液压元件Moog伺服阀进行深入分析与研究,并且比较准确地分析出射流管偏转角度与恢复压力之间的函数关系。(4)利用AMESim软件对拉力试验机的液压系统进行建模与仿真,并引入PID控制算法,得到与基本要求相符的动态性能。围绕本文拉力试验机的液压系统进行实验研究,选择实验室的伺服比例试验台为测试平台,分别以比例溢流阀、Moog伺服阀为研究对象,通过实验来检验仿真模型的准确性。

关键词：钢丝绳拉力试验机机械结构设计液压系统设计 AMESim仿真

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