基于磁平衡的钢丝绳探伤数字传感器研究

针对钢丝绳在长期运行过程中会出现断丝、截面磨损、锈蚀等损伤而形成安全隐患的问题,指出应进行钢丝绳健康状态定期安全检测和评估。针对常用的强磁检测法的不完善之处,提出基于空间磁场平衡机制检测的新型钢丝绳损伤判别方法。首先研究采用PRO/E进行三维实体建模,进行了磁路设计;其次采用有限元分析,比较X轴、Y轴磁化方向的优劣,依据磁力线密度、中间直线磁场变化强度得出Y轴磁化方向优于X轴磁化方向;最后通过运用三维磁场数值分析软件,设计计算出合适的传感器聚磁环结构和感知单元。实验研究结果表明,基于空间磁场平衡机制的新型钢丝绳探伤传感器的检测效果较传统强磁探伤传感器的检测效果有明显改善。

一种基于单轴向充磁永磁环励磁的钢丝绳无损检测方法

为提高钢丝绳缺陷检测能力,简化励磁结构,提出一种基于单个轴向充磁永磁环励磁的钢丝绳无损检测方法。通过分析钢丝绳缺陷在单个轴向充磁永磁环励磁方法下产生的漏磁场,得到该方法能通过漏磁场感知缺陷运动方向的结论。在此基础上,利用COMSOL软件对该励磁方式进行有限元建模,通过仿真计算缺陷处漏磁的分布,验证了结论的正确性,分析了影响漏磁场的因素,并结合霍尔元件性能参数,给出了传感器的最佳布置位置。最后,通过设计信号调理电路,结合3D打印实现传感器结构,完成了实验平台搭建。仿真结果表明,对于同一缺陷,基于该励磁方式产生的最大漏磁场明显大于传统方式。实验结果表明,对于10 mm粗的钢丝绳,当霍尔元件布置的提离值为3 mm和8 mm时,均能够通过缺陷处漏磁信号感知钢丝绳运动方向。

基于代理模型的索卡减重优化设计

索卡作为架空缆道的核心部件具有工作环境特殊,工况复杂等特点,有关其结构优化的内容国内外少有研究。另一方面,传统的有限元优化方法对于解决高维度问题往往效率低,工程应用性不强。这里通过构建高精度Kriging代理模型对索卡结构进行减重优化,使用MIGA和NLPQL相结合的优化算法获得全局最优解。优化结果表明,在满足强度和不发生共振的情况下,结构质量减少22.05%,Kriging模型与有限元模型的最大相对误差为5.27%。验证了高精度代理模型在工程优化问题中的实用性。

基于响应面法的绞磨机辅助拉尾绳装置优化设计

针对绞磨机辅助拉尾绳装置的轻量化问题,结合装置的刚度和强度要求,提出了一种基于响应面法的优化设计方法。通过对绞磨机辅助拉尾绳装置进行参数化建模和静力学分析,将辅助拉尾绳装置的关键结构尺寸作为设计参数,以整体质量最小为目标函数、最大等效应力和最大变形量为约束条件,采用中心复合设计法建立响应面模型,并对响应面的拟合程度和设计参数的灵敏度进行分析。基于响应面模型迭代寻求最优解集,以获得辅助拉尾绳装置的最优设计参数。经优化设计后,辅助拉尾绳装置的质量减小了29%,且工程验证表明,辅助拉尾绳装置整体轻便高效且工作可靠,达到了预期的应用效果,由此验证了所提出的优化设计方法的可行性和有效性。研究结果可为同类型工程装备的结构优化设计与实际应用提供理论支撑和技术指导。

Si对缆索钢丝绳用热轧盘条组织和力学性能的影响

利用扫描电镜和能谱(EBSD)仪器对两种不同Si含量的热轧盘条的横截面和纵截面的组织形貌进行观测,并用万能试验机测试热轧盘条的拉伸性能,结果表明:随着Si含量的增加,珠光体转变的过冷度增加,热轧盘条的珠光体团尺寸和珠光体片间距减小。Si元素使Mn元素在渗碳体中偏聚,增加了渗碳体的稳定性,减小了渗碳体片层的球化倾向。Si元素使盘条横、纵截面珠光体的织构强度减弱,珠光体组织更加均匀,取向更加随机。Si元素能大幅度提升热轧盘条和成品钢丝的强度,小幅度提升塑性。低Si盘条的抗拉强度为1134 MPa,均匀伸长率为7.1%;高Si盘条的抗拉强度为1263 MPa,均匀伸长率为7.3%。低Si钢丝的抗拉强度为1937 MPa,均匀伸长率为2.2%;高Si钢丝的抗拉强度为2106 MPa,均匀伸长率为2.3%。

汽车起重机液压缸绳排计算方法研究

文中对某25t汽车起重机液压缸绳排机构受力计算提供3种计算方法。根据液压缸绳排机构(臂节间伸缩液压缸和绳排滑轮)连接方式推导出受力计算公式,建立臂架系统的有限元模型。将滑轮简化为2根绕中心转动的梁,滑轮间的绳排作用采用节点耦合方式,考虑变形同时准确计算臂节之间的受力。建立多体系统动力学仿真模型,对比了动力学分析、解析计算、有限元分析3种方法,分析结果一致。并对刚性和考虑几何非线性变形的液压缸、绳排受力进行了差异性分析,并对比了单缸插销与液压缸绳排方式的伸缩臂架的轴向力差异,为伸缩臂绳排起重机的设计计算提供了参考。

关于柔软无弹性轻绳中加速度奇点问题的讨论

不少大学物理教材将“柔软无弹性轻绳”作为一种经典模型并围绕其理想性提出了一系列的题目,而不同的求解方法可能得到不同的答案,这本质上是因为这种模型中隐含着加速度奇点,而各解法对加速度奇点的处理不同。为了系统性地解决不同解法之间的分歧,本文首先选取了有关加速度奇点的三个经典物理问题,然后综述了这些题目的若干解法,接着分析其正确性,最后归纳出了有关加速度奇点的物理问题的一般规律,并提出了多种应对方法,以更准确地处理有关加速度奇点的物理问题。

一种履带式爬绳机器人的设计及分析

丘陵地区地势较为复杂,传统交通工具难以实现运输要求。基于此,设计一种履带式爬绳机器人。该机器人整体采用双绳结构,从结构上解决了机器人在绳索上运行过程中的倾斜和侧翻问题。基于连续式爬绳装置原理,设计了履带式爬绳机构,实现了爬绳机器人在绳索上的稳定运行。履带式爬绳机构采用链传动和爬绳足相结合的结构,将爬绳足安装在带耳片的链条上。完成了爬绳机器人整体的结构设计和控制系统的开发,并对爬绳机器人关键零部件和整体框架开展有限元分析,验证了爬绳机器人结构的可靠性。该履带式爬绳机器人解决了复杂地形运输问题,为丘陵地区运输等领域提供了新方案。

钢丝绳涂油润滑装置设计与分析

针对水电厂钢丝绳在使用过程中的涂油防腐需求,设计一种面向较窄工况的钢丝绳高效涂油装置,以提高钢丝绳使用寿命。通过对钢丝绳涂油过程分析,确定了涂油装置的工作原理和装置总体结构;基于环保要求,设计了一种适应钢丝绳尺寸的刮油板;最后对装置的关键部件进行了有限元仿真验证,结果表明,所设计的涂油装置能够实现稳定的涂油效果,可保障涂油装置的稳定性。本研究为钢丝绳涂油装置的设计和应用提供了重要参考,对于提高钢丝绳的使用性能具有实用价值和推广意义。

基于嵌入式神经网络的电梯钢丝绳弱磁检测系统

为实时监测和排查电梯钢丝绳运行中存在的安全问题,提出了剩余磁场激励的弱磁检测方法。该方法采用开环永磁体磁化方式将被测钢丝绳充分磁激励,励磁后的钢丝绳缺陷部位会产生微弱漏磁场,采用霍尔传感器可将被测钢丝绳周围空间中磁感应强度的变化情况转化为电信号。检测系统采用多传感器融合的RBF-BP组合神经网络算法结合RT-Thread实时操作系统在单片机上运行。结果显示,钢丝绳各类损伤判断准确率达到了80%以上,检测效果良好,为电梯的安全运行提供了一条解决路径。

一种小型导引头的精密钢丝绳传动设计

针对轻小型导引头的技术需求,创新性地设计了一种带有张紧轮和末端弹簧的精密钢丝绳传动结构,显著增大了导引头的负载空间,有效抵消钢丝绳在高低温环境中的伸缩量,从而消减传动空回、提高控制精度和系统稳定性。经过理论计算、有限元建模仿真分析,证明该结构设计的合理性。最后,投产导引头样机,实际测试导引头的动态性能,证明能够满足导引头的相关技术指标。

抹灰机器人钢丝绳应力与疲劳分析

为了研究抹灰机器人正常工作下的使用寿命,对承载部件钢丝绳进行疲劳寿命计算。建立抹灰机器人中6*7+IWS钢丝绳模型并进行有限元分析,得到了抹灰机器人正常工作下钢丝绳拉伸与弯曲的应力位移分布情况,然后结合S-N曲线对钢丝绳进行疲劳分析。结果表明:拉伸时最大应力处于钢丝绳两端处中心钢丝与周围钢丝的接触位置,最大位移位于钢丝绳绳左端离中心最远的钢丝,寿命最小为绳芯中心钢丝与周围钢丝的接触位置;弯曲时最大应力位于绳股外侧钢丝与中心钢丝接触位置,最大位移位于离滑轮最远处绳股外侧钢丝,最小寿命为绳股中心钢丝与外侧钢丝接触位置。

拦阻索钢丝绳力学性能仿真分析

拦阻索是拦阻系统中的关键部件,为便于拦阻索选型,研究了6V×24S+FC三角股钢丝绳和与之绳径相同的圆股钢丝绳的力学性能。通过参数化建模,建立了两种右同向捻的钢丝绳的三维模型,利用ABAQUS软件建立了两种钢丝绳的有限元模型,并基于有限元方法对两种钢丝绳的拉伸和扭转性能进行了对比分析,结果表明,三角股钢丝绳更适合作为拦阻索,为拦阻索的选型提供了依据。

一种钢丝绳有限元模型的参数化建模方法

钢丝绳作为柔性传力机构获得了广泛的应用,钢丝绳一般由多根高强度、细直径的制绳钢丝按照一定的结构形式捻制而成。以结构为6×7-WSC的钢丝绳为对象,建立一种交互捻钢丝绳有限元模型的参数化建模方法,将绳内钢丝分为芯股芯丝、芯丝外丝、外股芯丝和外股外丝,选取了钢丝代表性体积单元,兼顾与相邻钢丝之间的接触形式,建立了参数化的代表性钢丝单元并进行网格划分。由建立的交互捻钢丝绳的参数化有限元模型,分析了股捻距和绳捻距的变化对钢丝之间接触形式的影响及钢丝绳轴向最小周期的影响,选取了典型钢丝绳有限元模型进行了拉伸应力状态分析,不同捻距的钢丝绳有限元模型计算结果与静态拉伸试验数据对比表明了建立的参数化钢丝绳有限元模型的有效性。

煤矿提升机钢丝绳断丝规律的有限元分析

本文以煤矿提升机1×7+IWS结构的钢丝绳为研究对象,模拟和分析了相同轴向载荷下断丝数对应力分布的影响,并探讨了钢丝绳的断丝规律,在SolidWorks软件的基础上,建立了钢丝绳的三维模型,将该模型导入ABAQUS软件中,建立了钢丝绳的有限元模型,首先,在绳索上施加5000 N的轴向张力,模拟和分析应力分布,找出应力分布最大的钢丝,在负荷不变的情况下截断1根钢丝,然后进行有限元模拟,并重复该步骤。结果表明,随着断丝数量的增加,钢丝绳的冯-米塞斯应力急剧增加,其应力分布集中在其余未断裂的钢丝上,对钢丝绳的安全性形成了威胁。

可折叠装船机钢丝绳作用力研究

随着海上贸易需求的增加,装船机技术得到了飞速的发展。围绕包装粮的快速高效无人化装船与装车,基于包粮溜滑梯的装船形式,设计一款能够实现空间多自由度伸展、移动的可折叠式包装粮、包装豆粕装船系统,针对新型可折叠式装船机运行工作过程主要依靠钢丝绳进行拉伸,特对最危险部分钢丝绳结构常发生疲劳断裂的问题,建立了可折叠式装船机三维模型,对两节皮带机进行了载荷分析,得到了钢丝绳作用力与皮带机各种载荷的关系。通过ANSYS有限元分析进行了仿真试验,仿真结果与理论数值有较好的一致性,误差小于1%,可认为钢丝绳受力公式较为可靠。在Matlab中将目标多元函数进行化参求解,在此之下找到了钢丝绳在装船机结构中最佳吊点位置,使得现有结构下在行车上吊点位置距离行车主体4900 mm时钢丝绳作用力最小。

基于Abaqus的索道有限元模型及参数研究

文中以1×19IWS钢丝绳为研究对象,采用接触方式模拟钢丝之间的传力关系,建立了短钢丝绳的精细有限元模型,计算了钢丝绳的弹性模量;采用梁单元模拟钢丝绳,建立了索道承载索的有限元模型,并与悬索抛物线理论进行对比验证;采用索道有限元模型研究了跨距、载荷、温度等参数对索道受力的影响。研究结果表明:1×19IWS钢丝绳的弹性模量为1.172×10^(6)MPa,与其他学者的研究相符合;索道有限元模型计算的中央挠度与理论误差值的最大误差2.55%,上下支点力的仿真与理论误差值最大为0.140%,索道有限元模型可以有效模拟索道受力;跨距、预紧力、温度与索道挠度及上下支点力的影响基本是线性的;载荷对挠度的影响是非线性的,而与上下支点力是线性相关性的;高度差对挠度的影响是线性的,与下支点力是线性相关的,与上支点是非线性相关的。

基于混合磁悬浮的钢丝绳损伤检测器设计与仿真

针对钢丝绳损伤在采用漏磁法检测时由摆振扰动引起的提离值不稳、磁化不均匀问题,基于混合磁悬浮技术提出了一种具有隔振稳姿能力的钢丝绳损伤检测器设计方法。首先,设计了混合磁悬浮检测器结构,基于磁场安培环路定理进行了磁路分析,推导了悬浮力计算公式和检测器关键结构参数;然后,通过有限元仿真分析,比较了不同控制电流下钢丝绳内外部磁场强度的变化情况,发现磁化磁场不受控制磁场变化的影响;最后,从检测器实际运行状态分析了控制电流、气隙与悬浮力之间的耦合关系,通过比较有限元仿真数据与数值计算结果,验证了检测器结构建模过程的可行性,为提高钢丝绳漏磁检测精度提供了新的解决方法。

轴向加载下不同捻向多股钢丝绳的力学行为研究

多股钢丝绳在工程结构中广泛应用,其中多数钢丝经过两次捻绕成为二次螺旋钢丝。基于Love弹性曲杆理论和变形前后钢丝绳结构状态分析,建立了轴向加载下考虑二次螺旋钢丝局部变形行为的多股钢丝绳弹性理论模型,并通过有限元模拟研究了钢丝绳的弹塑性力学响应。将弹性理论模型结果与有限元模拟结果、Costello模型进行了对比验证,进一步分析了不同捻向钢丝绳(顺捻、交互捻)整绳和局部钢丝的力学行为。研究发现二次螺旋钢丝的局部响应不同于单股绳一次螺旋钢丝,钢丝的弯曲和扭转变形沿钢丝绳截面周期性变化。整绳受拉伸载荷时,沿钢丝轴线的拉伸变形占主要部分,交互捻钢丝的弯曲和扭转变形均小于顺捻钢丝,且扭转变形的方向与顺捻钢丝相反。在通常弹性使用范围内,交互捻钢丝绳沿钢丝截面的最大拉伸和扭转应力均小于顺捻钢丝绳,且产生的反作用扭矩更小,因此优于顺捻钢丝绳。

表面磨损对钢丝绳裂纹萌生与扩展的影响

结合扩展有限元法和M积分法,建立了1×19+IWS钢丝绳不同表面磨损的简化有限元模型,对其在轴向拉伸载荷下的裂纹萌生与扩展进行了仿真研究。分析了钢丝绳在拉伸载荷下整体与磨损区域的应力分布;随后基于扩展有限元法与M积分法,得到了不同径向与轴向磨损量下磨痕区域的应力强度因子。结果表明,随着径向磨损量增大,在磨损量5.5%之前,磨痕处的应力强度因子随磨损量线性增长,在超过5.5%磨损量之后,急剧增加,研究成果验证了GB/T 5972—2016《起重机钢丝绳保养、维护、检验和报废》中规定的钢丝绳报废标准。相比于径向磨损,钢丝绳的轴向磨损量对磨痕处应力强度因子的影响不大,并且越大的轴向磨损对裂纹扩展的抑制越强。