高扬程全平衡卷扬式垂直升船机系统稳定性分析

通过理论分析,推导了一种使全平衡卷扬式垂直升船机系统保持稳定的临界吊点中心距的理论计算公式,依据该公式研究了高扬程对系统稳定性的影响规律。根据第二类拉格朗日方程建立了一个七自由度的卷扬式垂直升船机系统的动力学模型,该模型考虑了承船厢、提升钢丝绳、重力平衡重、卷扬机、同步轴以及承船厢中的水体。基于笛卡儿法则推导了临界吊点中心距的理论计算公式,分析了升船机扬程对升船机系统稳定性的影响规律。运用四阶变步长Runge-Kutta法对全平衡卷扬式垂直升船机系统进行动力学仿真,模拟出不同临界吊点中心距下系统各自由度的位移响应,通过响应的收敛性来判定系统的临界吊点中心距。将推导出的理论计算公式的计算结果与系统动力学仿真的计算结果进行对比,得出误差为9.02%, 从而验证了理论计算公式的准确性。该公式可以用来设计吊点中心距、提升钢丝绳刚度、卷扬机卷筒半径、同步轴刚度,判断高扬程全平衡卷扬式垂直升船机系统的稳定性。     

全平衡卷扬式垂直升船机液压动态调平下的 纵倾稳定特性研究

针对全平衡卷扬式垂直升船机在液压动态调平下的纵倾稳定性问题,对承船厢的纵倾稳定性、钢丝绳临界吊点中心距的计算、各子系统的稳定特性及响应快速性进行了研究,提出了一种承船厢耦合系统纵倾稳定特性的分析方法。建立了浅水晃动子系统、液压调平子系统、主提升机械子系统与承船厢结构子系统相互耦合的机-液-固-流耦合系统动力学模型,并运用变步长龙格库塔法对耦合系统进行了位移响应计算。研究结果表明:龙格库塔法计算的临界吊点中心距与李雅普诺夫运动稳定性判据得到的结果接近,误差小于4%;各子系统中最容易失稳的是浅水晃动子系统;响应调整至稳态的速度由快到慢依次为液压调平子系统、承船厢结构子系统、主提升机械子系统与浅水晃动子系统。     

大模数淬火齿条表面裂纹扩展规律及寿命预测研究

针对大模数齿条的疲劳寿命难以精确计算问题,对大模数表面淬火齿条的裂纹扩展规律进行了研究。建立了含共线初始双裂纹的齿条FRANC3D模型,齿条啮合区离散为15个区域载荷;分析了表面感应淬火齿条硬度分布、残余压应力分布对疲劳裂纹扩展寿命的影响,推导了齿条的断裂韧度K_(IC)与应力强度因子门槛值ΔK_(th);运用FRANC3D软件,对双共线初始裂纹在三种水平间距下的裂纹扩展、联通、继续扩展过程进行了仿真,得出了应力强度因子幅值ΔK随裂纹深度a扩展的表达式;根据裂纹扩展速率da/dN与ΔK、K_(IC)、ΔK_(th)的关系,预测了三峡升船机齿条的寿命N。研究结果表明:齿条满足疲劳寿命要求,但表面感应淬火降低了齿条的疲劳寿命;硬度分布对于裂纹扩展的促进作用大于残余压应力的抑制作用。