可摘桂式抱索器结构设计及性能优化研究

摘要

本文针对重力式抱索器自身较重、体积大、在脱绳时容易卡死、不能进行斜坡转弯、铰孔容易开裂等缺点和不足，以及设计理论体系的不完整，研究抱索器的运动特点及结构特征，提出其核心部件的四杆机构工作原理。为设计抱索器抱紧力，采用杠杆比衡量抱索器四杆机构的增力效果，进而确定抱索器关键零件的有效尺寸。为保证抱索器抱绳的稳定性，又能在脱绳时灵活自如，采用包形系数衡量其作用效果，通过钳口理论，设计抱索器的包形角。增设轮架和摩擦板，为抱索器脱绳后在轨道上的运行提供平衡支撑和动力。最后，通过仿真分析和实验研究论证设计理论的可靠性，为抱索器的开发和设计提供理论依据和数据支持。
　　 针对可摘挂式抱索器系统特性要求，采用Pro/E进行数字样机装配并检查装配精度，为抱索器的优化设计提供尺寸设计依据和装配数据。利用Pro/Mechanical平台对抱索器进行运动分析，检测抱索器各个零件的运动状态以及是否存在空间干涉和运动过度现象，为抱索器活动抱卡的张开角度提供三维数据，确保抱索器运动性能的实现。通过ANSYS仿真模态分析，提取抱索器的模态参数，改善抱索器结构布置和尺寸，提高易引起共振的低阶固有频率，减少因振动对抱索器零部件造成的损坏，确保抱索器安全稳定运行。再运用ANSYS应力应变仿真模块，研究应力应变的分布规律，对活动抱卡应力集中的危险部位（铰孔和内外抱体连接处），采用增厚或增大过度角等安全设计手段减小应力集中，保证抱索器的危险截面的可靠性。
　　 实验研究中引入间接测力概念，通过测定抱索器抱紧钢块的变形，获得钢块所受压力即为抱索器抱紧力，经过反复测试，求得抱索器平均杠杆比，验证设计理论的可靠性。通过抱索器试验模态，对抱索器低阶自然频率的测定，验证抱索器结构设计的可靠性，以及仿真模态分析时边界条件设定的合理性。借助应变实验，测试抱索器内外抱体关键部位（抱实和铰孔）的应变量，对仿真中应力应变分布规律进行校验，确定抱索器核心零部件的危险截面，并优化危险截面的承载能力。
　　 本文对可摘挂式抱索器从理论、仿真到实验进行系统性的分析研究，为抱索器的优化设计和优化性能提供理论及实验数据，经过三方面的对比分析，用理论计算指导抱索器的设计，以仿真分析优化抱索器活动抱卡的结构和尺寸，最后以实验检验优化后的效果及前期设计的准确性，为企业的研发和生产提供参考。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 架空乘人索道研究及发展概况

1.3 架空乘人索道抱索器的国内外研究现状及发展趋势

1.3.1 抱索器研究更迭

1.3.2 可摘挂式抱索器研究发展现状

1.4 有限元法在可摘挂式抱索器中的应用研究

1.5 课题的来源、意义及论文主要研究内容

1.5.1 课题来源及研究意义

1.5.2 论文的主要研究内容

第二章 可摘挂式抱索器工作机理及结构设计

2.1 可摘挂式抱索器工作机理研究

2.2 可摘挂式抱索器数学模型研究

2.3 可摘挂式抱索器关键部件计算

2.3.1 抱索器整体设计思路

2.3.2 内抱体力学性能设计

2.3.3 外抱体力学性能设计

2.3.4 外抱体抱头部分包络角及杠杆比设计

2.4 可摘挂式抱索器总体设计

2.5 本章小结

第三章 可摘挂式抱索器动力学分析及模态分析

3.1 可摘挂式抱索器仿真分析思路

3.1.1 抱索器运动仿真分析

3.1.2 抱索器有限元仿真前处理

3.1.3 抱索器接触分析

3.1.4 抱索器模态分析

3.2 可摘挂式抱索器Pro/E建模及运动分析

3.2.1 几何模型建立

3.2.2 虚拟装配

3.2.3 Pro/E机构运动分析

3.3 可摘挂式抱索器有限元模态分析关键技术研究

3.3.1 有限元模型建立及结构简化

3.3.2 模型网格划分

3.3.3 有限元接触分析

3.3.4 有限元模念分析及模态参数研究

3.4 抱索器幅频特性仿真值与测试值对比分析

3.5 本章小结

第四章 可摘挂式抱索器有限元应力应变仿真分析

4.1 抱索器整体应力应变参数设定及仿真分析

4.2 抱索器活动抱卡应力应变仿真结果分析

4.2.1 内抱体应力应变分布变化规律

4.2.2 外抱体应力应变分布变化规律

4.3 本章小结

第五章 可摘挂式抱索器实验数据处理及结果分析

5.1 抱索器活动抱卡抱紧力测试及杠杆比测试

5.2 抱索器活动抱卡应变测试及结果分析

5.2.1 测试方法和装置

5.2.2 内抱体应变测试及结果分析

5.2.3 外抱体应变测试结果与分析

5.3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果