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钢丝绳的动力学仿真与联系摘要我们提出一个动态的仿真,包括接触钢丝绳一个绞盘鼓及液压系统利用有限的元素法。快速绞盘操作往往会造成乱绕组的钢丝绳的,这是一项重要的质量问题。因此,动态模拟所需的液压绞车系统设计在工程机械。钢丝绳的模型利用考虑桁架元素大排量的运动。钢丝绳之间的联系和绞车滚筒进行建模利用可变长桁元素和双线性弹簧单元。提出了一种改进的牛顿算法对非线性动态分析。仿真结果表明,一些杠杆操作导致绳子松动、强烈的压力波动。关键词：动态模拟;钢丝绳;联系;绞车系统;桁架元素;液压系统1 介绍在绞盘操作塔式起重机,当悬架负载上发条一样,钢丝绳的所做不到的很快停止,因为在快速运行惯性力,而绞盘是能够做到这一点。这引起的松动钢丝绳和无序绕组,在绞盘。如果绞盘蜿蜒的操作是执行条件下,无序绕组吗遭受严重损害钢丝绳。因此,评价钢丝绳的动态特性质量问题已成为一个重要的设计舞台。钢丝绳之间的联系和绞车滚筒应考虑为了表达动态行为中钢丝绳蜿蜒的作品。此外,耦合分析考虑液压系统进行了动态特性的系统要求绞车滚筒以来所驱使液压系统。另一方面,研究1,2在多体动力学让我们预测的动态特性在详细介绍了设计阶段,他们提供基本溶液和定量评价。我们还开发了一个多体动力学仿真分析“密码”SINDYS非线性力学系统,包括液压驱动系统开始的1985年,拥有广泛的多用途设计分析工具的3。在本文中,我们已经开发出一种动态仿真模型对塔式起重机钢丝绳在考虑在研的绞车滚筒和接触的动态响应特性对液压系统使用SINDYS。 进行了动力学仿真阐明了主要因素的钢丝绳的松动那发生于快速绞盘操作。2 钢丝绳的耦合分析理论体系和液压系统图1显示一个塔式起重机是指用于这个仿真研究。上紧了发条的负荷是通过电线由液压绞车钢丝绳,如图2。这摘要钢丝绳是考虑桁架元素来模拟大型旋转以空间。thewire之间的接触和绞车滚筒绳来模拟使用可变长度的桁架单元的滑轮,双线性弹簧单元。液压系统进行了建模利用管道,阀门的元素,元素的和等等。2.1运动的微分方程运动微分方程的非线性动态系统可以被描述成为一般如下: (1)、是惯性力向量,阻尼力向量,弹性力向量,外力向量分别。MCK类型的非线性运动方程来得到线性的耦合系统与液压传动系统联动机制和灵活的时间tn，如下图:图1 塔式起重机与液压绞车系统图2. 液压绞车系统 (2)在的状态变量的向量,是位移矢量在灵活的联动,并且那是在时整体的流动速率矢量。时间为时，M、C、K是线性化质量、阻尼和刚度矩阵,fn+1是时间为是的外力向量。是线性化向量中非线性元件力向量在每个时间步长。2.2考虑到长时间循环的大型桁架在该结构的运动空间元素,以及元素力可来源于位移在全球框架,因为只有轴向力在悄然兴起力量的元素,如图3所示。分子间的关系表达式的弹性力和节点位移,能得到考虑应变能到第二学期的位移、科学为了考虑几何刚度所引起的轴向力。 图3 三维空间的桁架图4 长度可变的桁架2.3可变长度的桁架元素可变长度的桁架的原理是,长度可调的滑轮的转动,如图4。在两结点上的弹性力的关系表达式,以相同方式考虑应变能的二阶期限的位移可以得到这个位移。2.4液压传动系统原理对液压系统的耦合分析和灵活的联轴机制是液压马达的基本组成部分。当综合流量液压传动系统与节点位移的联动机制相互耦合时, 可进行耦合分析。阀门的压力损失的因素有,液压系统中止回阀的方向控制和安全阀压力控制。2.5针对非线性方程组的计算机技术对耦合的分析与液压传动系统和灵活的联动,非线性特征分为两类：其中一个连续变化，就像易弯曲的连接装置的非线性和液压驱动系统的压力损失，其他的事分段线性特性，例如止回阀、安全阀等等。虽然在以往的情况下,牛顿方法适合收敛算法的计算结果，用变量时间步长计算大小比例于非线性强度,后者的牛顿方法是毫无用处的。之前提到的系统是由牛顿方法和交界处的分段线性系预测替代法合并后的计算技术。 在这种技术中,最初的时间-步长可以设定尽可能大,交叉点可以通过良好的精度。假设高刚度分段线性原理,其状态变量来被扭曲的数值,然后时间积分特性应该改进后的附加质量的方法。流程图是显示在图5。图5 计算流程图的非线性动态系统3 动态模拟快速绞车钢丝绳的运行3.1之间的接触的建模和绞车钢丝绳鼓该模型在图6中显示,被认为是为了建模的钢丝绳之间的联系和鼓。可变长度的桁架安装在桁架各节点和绞盘中心之间。如果滑轮的可变长度的桁架单元可以自由旋转,可变长桁元素能被自由的扩展和收缩,然后议案的滑轮不影响钢丝绳的运动。接触器是安装在转动位移上,增加了金属带,如图6(b),这样,可变长度桁架不变短的条件。因此,在接触带绞盘之后可变长度桁架产生相当大的弹簧反应力，节点A移动到绞盘后继续移动到节点B.在另一方面,松动的钢丝绳时发生像D点停止迅速。然后接触弹簧不得影响钢丝绳的运动。之间的摩擦力绞车滚筒和钢丝绳的被忽视,这样的松动钢丝绳易发生。图6 建模过程中钢丝绳之间的联系和绞盘鼓图7 液压绞车系统的数学模型图8 绞盘杠杆操作系统图 9 绞盘旋转角度的改变图10 电机电压变化3.2 对塔式起重机液压绞车系统的建模图7显示控制系统的数学模型,对液压绞车系统仿真。钢丝绳的划分成R1到R4四部分。R1的部分围绕在绞车,它分为90桁架。此外,可变长度桁架均已安装各节点之间和中心绞车滚筒、接触弹簧单元安装在滑轮。R4部分被分为38份,R3和R4部分分别分成3和4部分。3.3在绞盘迅速停止钢丝绳的动态仿真分析绞车进行快速停止使用时钢丝绳的动态的仿真，该模型在图7。载荷假设为空(只有钩),这样,钢丝绳很容易出现松动。假定的初始状态是最大的杠杆操作,在这个例子中,绞车滚筒自转最大转速、载荷结束。这种情况下,绞盘根据钢丝绳缠绕在绞盘之后操纵杆运动设计。杠杆操作成现行变化,如图8。绞车滚筒角速度在图9。外部压力的液压马达在图10。图11为钢丝绳图表。从图11(a),我们可以看出,钢丝绳大部分伸出卷筒的外面。在这种情况下,无序缠绕钢丝绳可能会发生,是因为不接触绞盘。图11 绞车钢丝绳迅速停止图解图12 缓慢停止液压绞车的数学模型系统图13 缓慢停止液压绞车的滚筒角速度变化图14 慢速停止液压绞车马达出口压力变化4 慢速液压绞车系统仿真的系统在这一节中,我们提出一个复杂的液压系统,为防止无序绕组即使绞盘正迅速地操作。利用上述模型、钢丝绳的仿真进行了预测钢丝绳的松动。该绞车系统模型显示在图12。该系统包括一个溢流阀和一个节流阀安装在液压马达的出油口驱动绞盘。这些阀门使出口压力的液压马达减速。液压马达进油口安装一个驱动器来防止空穴现象。在只安装减压阀的情况下进行了该系统仿真，安装节流阀也进行了系统仿真。角速度的改变和轿车滚筒压力变化的仿真结果在图13、14中。卷筒钢丝绳的图表在图15中。在案例1中发生卷筒钢丝绳松动，如图15。在案例2中钢丝绳没有松动，因为有节流阀。研究发现，该系统可以防止无序绕绳。图15 液压绞车慢速旋转使钢丝绳松弛5 结论本文综合考虑塔式起重机钢丝绳的动力学仿真，不仅结合绞车滚筒的特点，也有应用SINDYS液压系统的特点。具体来说,以下分已经被证实:(1)绞车滚筒和钢丝绳之间的接触可以用可变桁架与弹簧接触精确的模拟出来。(2)钢丝绳的动态变化，发生在液压绞车刹车的时候，其影响液压系统的动态特性。(3)慢速液压绞车被推荐使用，该系统可以防止钢丝绳无序缠绕，使绞盘操作灵敏。参考1 S. C. Wu and E. J. Haug, Geometric Nonlinear Substructuring for Dynamics of Flexible MechanicalSystems, International Journal of Numerical Methodsin Engineering, 26 (1988) 2211-2226.2 A. A. Shabana, Flexible Multibody Dynamics: Reviewof Past and Recent Developments, Multibody System Dynamics, 1 (1997) 189-222.3 E. Imanishi, H. Zui, Y. Inoue and T. Fujikawa,Simulation Technique of Flexible Linkage Mechanism and Its Application to Level Luffing Control System for Cranes, Proceedings of Advanced Mechatronics, (1989) 365-371.4 E. Imanishi, T. Nanjo, E. Hirooka and Y. Inoue,Dynamic Simulation of Flexible Multibody System with Hydraulic Drive System, Proceedings of ACMD2004, 100011, (2004).第16页
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