1200t拉力机钢丝绳夹具的设计及关键零部件分析.pdf

2014年10月
机械设计与制造工程
0ct.201
第43卷第10期
Machine Design and Manufacturing Engineering
Vol 43 No 10
DOI:10.3969/j.issn.2095-509X.2014.10.009
1200t拉力机钢丝绳夹具的设计及关键零部件分析
赵立,吴琼2,张建,唐文献2,唐振新
(1.云南昆船智能装备有限公司,云南昆明650217
(2.江苏科技大学机械工程学院,江苏镇江212003)
摘要:基于钢丝绳的结构特点及受力情况,设计制作了一种新型钢丝绳夹具,该夹具夹紧过程既
方便快捷又安全高效,可适用于不同直径的钢丝绳,尤其适用于大张力钢丝绳施工、测试的夹紧
过程中。通过采用有限元分析方法,对该钢丝绳夹具结构的关鍵零件进行静力学分析计算,验证
校核该夹具的结构强度。该夹具现已在1200t船用构件力学性能测试平台投入使用。
关键词:钢丝绳夹具;大张力;有限元分析
中图分类号:TH122
文献标识码:A
文章编号:2095-509X(2014)10-0041-04
钢丝绳是提升机械设备中最重要的元件之一,件力学性能测试平台的钢丝绳夹具尤为迫切。
在物料搬运、起重吊装、卷扬牵引、渔业拖网、船舶
装卸中有着广泛应用。大多数钢丝绳是由高强度1钢丝绳夹具的结构设计与工作原理
钢丝编绕而成,这种结构具有很大的灵活性及优越
各零件的装配关系如图1、图2所示,夹具的
性能,即使用轻便、抗拉强度大、轴向尺寸长且能吸工作原理是将钢丝绳穿入上模块与下模块中,然后
收振动,因而被广泛应用于起重运输设备、容货运通过液压缸推进锥形块B,使得锥形块A向上移
输索道、大跨度悬索桥粱及悬挂式屋顶等工程结构动,迫使下模块向中心收缩,从而夹紧钢丝绳。其
中。在大张力作用下,处于夹紧状态的钢丝绳段,上、下模块(材料为Q235)和锥形块(材料为45
方面要防止在未超过钢丝绳破断拉力的情况下钢,热处理)的配合表面粗糙度为R0.8,斜度为
夹紧段钢丝因承受各种机械损伤而断裂;另一方面5°,该夹具的总质量为2to
又要保证钢丝绳夹紧状态良好,不会产生滑绳及夹
不紧等情况-2)。钢丝绳夹具设计的出发点是防
止打滑,防止损坏钢丝绳表面,方便、快捷和安全。
目前,钢丝绳的夹紧方式主要有两种:(1)浇铸套
接法;(2)机械夹具夹持法。浇铸套接法是将钢丝
绳试样两端的钢丝散开呈喇叭形的刷头状,进行表
面处理,在熔融合金注人冷凝后同钢丝绳刷头结合
为一个整体;机械夹具夹持法是将钢丝绳试样直接
夹持于机械夹具上3-り。浇铸套接法安全可靠,但1一維形块A2-维形块B,3ー激歴缸;ー下模共5ー上楼块
需专业人员和专业工具,且不能任意调整钢丝绳的
图1钢丝绳央具的总体结构
长度。在实验室或现场施工中机械夹具夹持法的
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运用较为常见,但机械夹具夹持法不同程度地存在
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着容易损坏钢丝绳表面、夹持不紧、容易打滑等缺
陷,易导致钢丝绳系统不能正常工作S?。因此,
研制及开发满足工程需要的新型大张力机械夹具
的任务十分紧迫,尤其是开发适用于1200船用构
图2钢丝绳央具的央紧示意图
收稿日期:2014-09-10
作者简介:赵立(1966-),男,云南昆明人,云南昆船智能装备有限公司高级工程师,工程硕士,长期从事机械设计及加工工艺研究工作。
2014年第43卷
机械设计与制造工程
在进行拉紧试验前,首先将钢丝绳放入上模块网格后其节点数为55189个,单元为95200个,单
与下模块中,放置到位后,通过外部施加的一个水元类型为C3D20,建立的有限元模型如图4所示。
平方向上的力推动锥形块B运动,此时锥形块将
发生小位移的水平运动,使得下模块的表面向圆心
挤压收缩,迫使上模块和下模块向中心收缩,从而
夹紧钢丝绳。
在安装时,上、下模块和钢丝绳之间应预留张
紧间隙2mm左右,以避免液压缸压紧后,锥形块不
图4裝配体的网格划分
能用上力。上、下模块与钢丝绳配合时,其预留间
隙不能太小也不能太大,太小时钢丝绳只有局部受2.3载荷约東处理
力,太大时不能受力。上、下模块可对不同直径的
a.添加约東:将上模块的上表面定义为固定约
钢丝绳进行测量,根据锁紧的直径不同而设计,其束,限制上、下模块的两侧在X方向的平动和转动、
目的之一是尽可能减少产品系列化后相应的上、下Y方向的转动以及Z方向的平动和转动。所加约
压紧模块的数量;其二是增加相对滑动摩擦力,防東如图5所示
止钢丝绳在初始受到压力时上下模块出现相对移
该夹具最大的优点是加工简单、成本低廉,现
场操作施工方便、快捷,且安全、可靠,不用增加外
置的设备和装置,仅需根据钢丝绳不同的直径配备
相应规格的压紧模块即可。
图5有服元分析中添加的约束和载荷
2关键零件仿真计算及结果分析
b.添加载荷:夹具的拉力为600kN,图1中锥
2.1材料性能参数
形块的斜面比为1:5,取摩擦系数为0.1,则模块
夹具主体和钢丝绳的材料性能见表1。
所承受的正压力为2120kN,模块的受力分析如图
表1材料性能
6所示,有限元分析中的受力模型如图5所示。
部件材料屈服强度
弹性模量/
泊松比
2120kN
Mpa
Gpa
夹具主体Q235
235
210
上模块
钢丝绳45钢
180
0.3
钢丝绳
下模块
2.2有限元模型建立
钢丝绳夹具有限元模型的建立是通过Pr/E
图6模块与钢丝绳的受力分析图
建模后导入 Hypermesh中,由于主要考虑的是夹具2.4应力分析结果
体和关键零件的强度,建立有限元模型前要先对三2.4.1夹具体应力分析结果
维模型进行必要的简化:不考虑模型的小特征,如
在网格划分完成并运行分析后,将得到Von
倒角、圆角、焊缝等;在进行几何清理后,对其采用 Mises应力、位移和应变云图,并可以看出最大应力
六面体网格进行划分。装配体(如图3所示)划分在装配体中出现的位置,如图7、图8所示。从图
中可以看出,夹具整体的最大应力为110MPa,而夹
具体的许用应力为235MPa,所以支架强度满足要
求。最大应力发生在夹具体与钢丝绳外沿接触处,
范围很小,对支架整体的强度影响不大。由前面的
计算分析可知,支架应力远低于许用值,从节约制
造成本考虑,在满足强度的前提下,可以对夹具体
图3上下模块的立体装配图
进行结构优化和减重。
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