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钢丝绳接点的动态仿真Etsujiro Imanishi，Takao nanjo和kobayashi Kobayashi1.机械工程研究实验室，神户钢铁公司，，科比，兵库县，日本2起重机有限公司，神钢，明石，兵库县，日本（时间收于2008年12月24日；2009年3月16日修订；2009年3月16日接受）摘要我们提出一个钢丝绳动态模拟包括绞车滚筒连接和采用有限元方法的液压系统。

卷扬机快速运动往往造成钢丝绳的混乱缠绕，这是一个重大的质量问题。

因此，在液压绞车系统工程机械设计中需要动态仿真。

钢丝绳模型使用的桁架元素考虑大位移运动。

之间的接触和钢丝绳绞车鼓是模仿使用可变长度桁架元素和双线性弹簧元件。

一种改进的牛顿方法提出了非线性动力学分析。

仿真结果表明，一些杠杆操作造成钢丝绳松动和激烈的压力波动。

关键词：动态模拟；钢丝绳；接触；绞车系统；桁架单元；液压系统1。

场景简介在绞车运行的塔式起重机，当悬浮负荷是伤口上的钢丝绳，不能快停在快速运行的惯性力，虽然绞车能做这个。

这原因松动的钢丝绳和无序缠绕在绞车。

如果绞车运行绕组是在一个无序的状态，该钢丝绳遭受相当大的损害。

因此，本评价的动态行为的钢丝绳成为一个重要的质量问题的设计舞台。

联系之间的钢丝绳和绞车滚筒应被视为代表动态行为中的钢丝绳绕组工作。

此外，耦合分析动态特性的液压系统要求从绞车鼓驱动液压系统。

另一方面，研究[ 1，2 ]的多体动力学使我们能够预测的动态特性在详细设计阶段，并提供一个根本的解决方案和定量评价。

我们还开发了一种多体动力学仿真代码”sindys”为非线性力学系统包括液压驱动系统1985，并利用它作为多用途广泛设计分析工具[ 3]。

在本文中，我们已经制定了一个动态模拟模型的塔式起重机上的钢丝绳考虑到双方的接触与绞盘鼓和液压系统的动态特性使用sindys。

动态进行模拟澄清的主要因素的钢丝绳松动发生与快速绞车运行。

2。

钢丝绳系统耦合分析理论液压系统图1显示了一个塔式起重机，用于这模拟。

负载是伤口上通过导线液压绞车钢丝绳的如图2所示。

本钢丝绳是模仿的桁架单元大空间中的旋转。

之间的联系钢丝绳绞车鼓是仿照使用可变长度的桁架单元有一个滑轮和双线性弹簧元件。

液压系统建模采用管件，阀门元素，和所以在。

图1。

塔式起重机液压绞盘系统。

图2。

液压绞车系统。

2.1运动方程运动方程在非线性动态系统可以说是在一般如下：g m + g c + g k = f （1）在g m， g c ， g k是惯性力向量，该阻尼力，弹性力向量，和外力向量分别。

麦库克的类型非线性运动方程，得到线性该耦合系统与液压驱动制度和灵活的系统时间作为在田纳西州如下：Mq + Cq + Kq = f f (2)在n+ 1是状态变量向量是位移向量的柔性系统，这是不可分割的流量向量在液压系统时间在+ 1。

男，碳，钾是线性质量，阻尼和刚度矩阵，分别在时间上，+ 1是外力的矢量时间在+ 1。

氮是外力向量的修改线性化的非线性元件力向量在每个时间步。

Mq + Cq + Kq = f f (2)where n+1 q is the state variable vector that is thedisplacement vector in the flexible linkage system,and that is the integral of flow rate vector in the hydraulicsystem on time t n+1. M,C,K are the linearizedmass, damping, and stiffness matrices respectivelyin time t n, n+1 f is the external force vector intime t n+1. n f is the modified external force vector bylinearized the non-linear element force vector in eachtime step.2.2桁架单元考虑大转动桁架中的元素，在空间与运动元力可以从位移在全球框架因为只有轴向力产生元素力量，如图3所示。

关系表达元素之间的弹性力和节点位移可考虑应变能量的二阶项的位移为了考虑几何刚度所造成的轴向力。

图3。

在三维空间桁架单元图4。

可变长度的桁架单元。

2.3可变长度的桁架单元可变长度的桁架元素是元素它的长度可以改变旋转的滑轮如图4所示。

关系表达式之间的弹性力的两个节点和位移可考虑应变能量的二阶项的位移以同样的方式作为桁架单元。

2.4个理论的液压驱动系统液压电机元件基本元素耦合分析的液压驱动系统灵活的连接系统。

作为综合流程对液压传动系统和节点位移该联动系统耦合对方，可以进行耦合分析。

阀门的元素结合的压力损失阀，止回阀方向控制，和泄压阀控制准备的元件的液压驱动系统。

2.5个非线性方程的计算技术运动在耦合分析与液压驱动系统和灵活的系统，非线性特点是分为2组：一不断变化，像几何非线性灵活的联系系统、压力损失液压驱动系统，其他的piecewiselinear等特点，止回阀，该安全阀，等等。

虽然在前一种情况在牛顿方法适用于收敛计算采用变时间步长的大小比例在非线性强度，在后一种情况牛顿方法是无用的。

合并计算技术与牛顿法和预测方法的交汇点，在piecewiselinear系统提出了上述系统。

在这种技术，最初的时间步长可以设置尽可能大，和交叉点通过良好的准确性。

在一个highstiffness—分段线性元件，状态变量来扭曲的数值，然后时间应该改善的整体特征附加质量法。

流程图显示图5。

图5。

计算非线性动态系统流程图3。

动态仿真丝绳而快速卷扬机操作3.1建模的之间的联络线索和绞盘鼓该模型显示在图6被视为建模之间的联系和钢丝绳鼓。

可变长度的桁架单元安装每个节点之间的桁架单元和中心该绞车。

如果滑轮的可变长度的桁架元素可以自由旋转，可变长度的桁架元素可以自由扩展和收缩，然后运动的滑轮不影响运动的钢丝绳。

钢丝绳是采取了周围的鼓当鼓旋转逆时针方向，然后，节点有一个到达B点的接触弹簧安装的旋转位移皮带轮上，如图6所示（乙），可变长度的桁架元素可能不会缩短从条件。

因此，可变长度的桁架元素生成一个大弹簧反应部队后钢丝绳接触绞盘鼓，结一个将在绞车鼓通过后这一点在另一方面，松了钢丝绳发生像点当滚筒停止迅速的。

在这种情况下，作为可移动的钢丝绳从远离绞盘鼓，反应力不产生接触弹簧。

然后接触弹簧可能不会影响运动的线钢丝绳。

之间的摩擦力，绞车鼓钢丝绳的忽视使钢绳易发生松动。

图6。

造型的接触之间的钢丝绳和绞车滚筒。

3.2建模的液压绞车系统的塔式起重机图7显示了数学模型，液压绞车系统仿真。

钢丝绳分为1至R 4部分。

受体1是一部分采取在绞盘鼓，和它分为90元素。

此外，可变长度桁架单元已安装之间的每个节点中心与绞盘鼓，和接触弹簧元件安装在滑轮。

该品牌分在38个元素，和三、四维空间分为3和4部分分别。

液压系统驱动的泵图7所示。

旋转速度的液压马达，这是安装在绞车滚筒轴，是控制的开放面积的控制阀根据杠杆操作。

液压油在管道模型的管元素考虑流体的可压缩性。

图7。

液压绞车系统数学模型。

3.3动态模拟中的钢丝绳绞车迅速停止动态模拟中的钢丝绳绞车快速停止进行了利用该模型在图7。

负载假定空载（钩），，松动的钢丝绳易出现。

初始条件是假定为最大的杠杆经营，其中绞车滚筒旋转时最大转速和负荷的伤口。

后这种情况下，绞车鼓是停止通过在杠杆操作后的钢丝绳采取在绞盘鼓一轮换。

杠杆操作了线性变化为图8所示。

绞车滚筒的角速度图9所示。

外部压力的液压电机也显示在图10。

图11显示了钢丝绳棒图。

从图11（一），我们可以看到，钢丝绳主要拍摄的绞车滚筒。

在这种情况下，无序的绕组可能由于钢丝绳不接触绞车滚筒。

图8。

杠杆操作绞车系统。

图9。

角速度变化的绞车滚筒。

图10。

压力改变马达出口。

图11。

棒图的钢丝绳绞车迅速停止。

4。

slow-stopping液压系统仿真绞车系统在本节中，我们提出了一个复杂的液压系统为防止乱绕即使绞车操作迅速。

采用上述模型，模拟的钢丝绳进行预测的钢丝绳松动。

建议绞车系统模型，如图12所示。

这个系统包括一个减压阀和节流阀的出口液压马达驱动的绞盘。

这些阀门使出口压力的液压马达温柔的。

蓄电池也安装在入口为防止气蚀的液压马达。

仿真这一系统进行的案件的安全阀安装（案例1）和节流阀是安装（案例2）。

本仿真结果的角速度的变化绞盘鼓和压力变化的电机出口无花果所示。

13，14。

棒图钢丝绳是显示在图15。

1例松动钢丝绳的发生，如图15所示（一）在为使减速的绞车滚筒产生在时间的出口压力低于缓解压力。

2例松动的电线钢丝绳不会出现如图15所示（乙）的影响节流阀。

它是发现，系统可以防止无序绕组图12。

液压绞车减速系统数学模型。

13 .。

控制绞车滚筒角速度变化的液压绞车减速系统。

图15。

使用液压绞车减速系统的钢丝绳棒图。

5。

结论在本文中，动态仿真丝绳在塔式起重机已被描述为不仅考虑了接触与绞车鼓，但也的水力特性的系统使用sindys。

具体来说，以下点已证明：（1）之间的接触和电线绞盘鼓钢丝绳模型可以通过使用可变长度桁架单元和接触弹簧。

（2）动态特性的钢丝绳发生在液压绞车停止是受动态液压系统的特性。

（3）一个液压绞车减速系统已提出，并可防止无序绕组就算绞车操作迅速。

确认伟大的尊重表示神钢起重机有限公司服务，测试数据。

工具书类[ 1] S . C .和E . J .豪格，几何非线性子结构动态柔性机械系统，数值方法国际杂志在工程，26（1988）2211-2226。

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[ 4] E imanishi，T南条，大肠hirooka与井上，柔性多体系统动力学仿真液压驱动系统，程序acmd2004，100011，（2004）。

etsujiro imanishi收到他的硕士学历工程从立命馆大学，1981。

他是在神户制钢，公司自1981。

他收到博士学位1992。

博士imanishi的研究兴趣包括动态施工机械，数值分析和多体动力学。