新罐体组对装置工艺设备研究及相关力学分析

摘要

铁路罐车是铁路运输普通油品和特种石油化工产品的主要运输工具。目前中国罐车生产厂家的罐体组对工艺和设备已经不能满足的高速重载条件下新罐车结构的组对要求，必须对旧的工艺、设备和工装进行升级和改造。本论文设计的新罐体组对设备可以极大地提高筒节、筒节及封头间的组对质量，从而保证焊接质量，并且适应高速重载非圆柱罐体的批量组对加工。 本文分析了目前罐体组对工艺，指出了其存在的问题，在此的基础上，制定了适应各种圆柱、非圆柱罐体批量组对加工的新工艺，并且分析新工艺的功能要求。使用创新设计的理论基础及其评价标准完成罐体组对设备各种方案设计和评价，确定了最终合理的设计方案。同时对新罐体组对的重点设备：旋转装置、径向移动装置、内撑式组对、外箍式组对装置等进行了子方案设计和结构设计。 为了掌握罐体力学性能对于组对质量的影响规律，本论文对筒体和支撑的受力情况进行有限元分析，建立了组对过程中筒体的壁厚、内径和支撑杆数、支撑误差、接触长度等参数变化引起的筒体变形、圆度误差、应力变化的规律及相关参数，为新的方案提供了非常重要的工艺参数。 讨论了罐车筒体在自由状态下的变形和压头位置及误差值对筒体受力的影响及支撑压头最大压力的确定等相关重要问题。这些规律及相关参数，是新罐体组对结构设计时的重要参考数据，提高了实际组对操作中对结果预见的准确程度。 本文针对目前铁路罐车生产急需改造的重点项目“罐体组对设备及工艺”，做了深入系统的研究，为项目后斯的实施奠定了基础。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题来源、选题的目的和意义

1.1.1 课题来源及背景

1.1.2 选题的目的和意义

1.2 目前国内外罐体组对设备及工艺研究状况

1.2.1 设备及工艺

1.2.2 国内外研究现状、水平和存在的问题

1.3 本课题研究的主要内容及创新

2 罐车组对工艺方案设计

2.1 罐车的基本组成和结构简介

2.2 目前罐车组对工艺分析

2.2.1 原料规格及工艺要求

2.2.2 组对工艺安排及质量要求

2.2.3 封头和筒节的运输和初步定位

2.2.4 筒节、封头的组对

2.2.5 圆度误差的校正方法及缺陷

2.2.6 目前工艺的特点

2.2.7 主要的设备及工装

2.3 新罐车组对工艺分析

2.3.1 原料规格及工艺要求

2.3.2 特殊筒节的相关计算

2.3.3 新组对工艺设计

2.3.4 新组对工艺的工装

2.3.5 新工艺特点

2.4 本章小结

3 罐体组对装置方案设计—设计进程及方案的选定

3.1 罐体组对装置创新设计的理论基础

3.1.1 创新思维模式

3.1.2 创新设计的思维方法

3.1.3 创新设计的基本要素

3.1.4 创新设计的思维特点

3.1.5 创新设计的基本原理

3.2 设计方案的评价

3.2.1 方案的评价准则

3.2.2 方案的评价方法

3.2.3 加权系数的确定

3.3 创新设计方法在罐体组对装置中的应用

3.3.1 罐体组对装置创新设计过程

3.3.2 罐体组对方案设计

3.4 本章小结

4 罐体组对设备技术与结构设计

4.1 罐体轴向移动装置

4.2 简体旋转装置

4.3 封头定位加压装置

4.4 内撑式结构

4.5 外箍式组对结构

4.6 焊缝的自动跟踪装置

4.7 控制系统简介

4.8 罐体组对工作台

4.9 本章小结

5 筒体的有限元分析

5.1 有限元法的基本知识

5.2 几何非线性的理论

5.2.1 几何非线性

5.2.2 几何非线性的有限元分析

5.3 ansys软件简介

5.3.1 ansys软件介绍

5.3.2 ansys的非线性求解

5.3.3 参数化技术及在ansys中的应用

5.4 筒体有限元分析

5.4.1 普通圆柱筒体有限元分析

5.4.2 斜圆柱筒体有限元分析

5.4.3 直锥筒体有限元分析

5.4.4 筒体有限元模型载荷处理

5.4.5 筒体受力分析

5.5 筒体有限元模型的试验验证

5.6 本章小结

6 筒体参数对筒体力学性能的影响

6.1 内径对筒体力学分析的影响

6.2 壁厚对筒体力学分析的影响

6.3 筒节结构对筒体受力的影响

6.4 材料对筒体力学分析的影响

6.5 本章小结

7 几个重要设计参数的研究

7.1 筒体在自由状态下的最大变形

7.2 支撑杆数

7.3 压头位置及误差值对筒体的影响

7.3.1 压头误差位置对筒体的影响

7.3.2 压头误差值对筒体的影响

7.4 支撑压头最大压力

7.5 支撑压头选择

7.5.1 接触长度的理论计算基础

7.5.2 筒体接触长度、应力计算

7.5.3 接触长度和圆周误差的关系

7.6 本章小结

8 结论

致谢

参考文献

附录