存档编号
XX学
North China University of Water Resources and Electric Power
毕 业 文
题目 TDJ60060型胎带机
布料臂架伸缩机构设计
学 院 机械学院
专 业 机械设计制造动化
姓 名
学 号
指导教师
完成时间 20XX年X月X日
教务处制
目录
中文摘 I
Abstract III
第章 绪 1
11课题研究背景 1
12胎带机机国外应研究概况 2
13胎带机结构组成 4
14容研究容 6
141胎带机设计技术指标 6
142课题研究容 7
143研究难点 8
144文研究技术方案 8
15章结 9
第二章 布料臂架整体方案设计计算 10
21布料臂架结构简介 10
22型材选 11
23臂架间支承装置 12
241 确定布料臂架长度 14
242确定布料臂架高度 15
243 布料臂架尺寸参数 15
25 胎带机作业环境材料性 16
251 胎带机作业环境 16
252 材料性参数 16
26 前臂应力计算 17
27 中间臂应力计算 19
28基础臂应力计算 21
29 章结 23
第三章 布料臂架ANSYS限元分析 24
31 限元软件基APDL 结构模型参数化技术 24
311 ANSYS软件简介 24
312 APDL 参数化建模方法简介 25
313 布料臂架限元模型建立载荷边界条件处理 25
32 前臂架ANSYS限元分析 27
33 中间臂架ANSYS限元分析 35
34 基础臂架ANSYS限元分析 38
35 布料臂架ANSYS整体分析 42
351布料臂架整体应力变形 42
352 油缸铰接点支座反力 47
353布料臂架引起倾翻力矩 48
36 章结 49
第四章 总结展 50
参考文献 51
致谢 53
附录 54
附录 ANSYS命令流程序 54
附录二 外文原文 65
附录三 外文翻译 66
附录四 TDJ60060型胎带机务书 84
附录五 开题报告 87
TDJ60060型胎带机布料臂架金属结构设计
中文摘
胎带机车载伸缩式皮带机种具途移动式种条件连续运输物料设备具机动性强输送量输送种物料特点胎带机仅结构简单维护方便工作性稳定噪音燃料消耗少环境污染维护成低廉够集中控制工作动化实现胎带机便理维护持续装载条件进行连续工作胎带机电力化工冶金港口煤炭矿山等行业中着极广泛应
胎带机体结构布料系统料系统回转机构变幅机构活动配重底盘等部分组成中布料系统核心工作机构布料系统伸缩臂架伸缩驱动装置滚筒输送带托辊等组成关键部件伸缩臂架驱动装置组成伸缩机构胎带机通伸缩机构定范围持续改变输送距离适应施工求
次设计重点布料系统金属结构分析布料系统臂架进行受力分析采ANSYS软件进行辅助分析分析臂架完全伸出工况便确定合理臂架结构设计臂架时求已确定输送距离（次设计60m）科学合理确定三节臂架长度设计时量三节臂取值接量减臂架完全缩回时长度便伸缩行程化达长输送距离工作区域面积
关键词 胎带机 布料系统 限元分析金属结构分析
METAL STRUCTURE OF THE CLOTH SYSTEM’S TDJ60060 VEHICLE MOUNTED TELESCOPICBEIT CONVEYOR
Abstract
The vehiclemounted telescopic belt conveyor is a portable and multipurpose equipment that cRn transport material continuously under various conditions．Its feature is simple structure stable running reliable operation low energy consumption less pollution easy centralized control and automation and management and easy maintenance and continuous load conditions can be achieved continuous transportso it is widely used for electric power chemical metallurgy ports coal mining and other industries
The main structure of the belt conveyor is composed of several parts of the jib scalable system the fabric tape conveyor system the slewing mechanism the luffing mechanism which the jib scalable system is the core institution Boom telescopic system is composed of the composition of the telescopic boom telescopic drives rollers conveyor and roller the key components of telescopic boom is the telescoping composed of telescopic boom and the drive equipment the transport distance within a certain range of continuous change can be achieved by telescoping
The focus of my design is the metal structure analysis of the material conveying system mainly to analysis stress of the boom of the material conveying system ANSYS software assisted analysis main analysis of the conditions when the arms is fully extended and slowly retracted in order to determine a reasonable boom structure When design the boom we are required to design the three boom reasonable length by the given maximum transport distance to minimize the length of the boom fully retracted in order to obtain the maximum telescopic travel and maximum transport distances and the largest area
Key Words vehiclemounted telescopic belt conveyor：Cloth systemfinite element calculation Analysis of metal structures
第章 绪
11课题研究背景
文课题2014届华北水利水电学机械学院机械设计制造动化专业毕业设计课题课题已完成50m胎带机设计资料进行60m胎带机设计计算
胎带机称车载式皮带输送机种集混凝土输送布料体专作业车辆胎带机仅安装方便机动性强混凝土浇筑强度布料均匀种机动性强输送量效率高布料输送设备胎带机仅够输送种级配混凝土类颗粒性物料够适应种复杂形条件[1]够条件连续运输物料国工程中混凝土输送水电坝涵洞建设等工程中较受欢迎
胎带机输送石头沙子混凝土等物料然混凝土泵车功较单够泵送混凝土材料外胎带机非常快位置移位置实现点布料胎带机具输送种物料混凝土砂砾石谷物矿石煤炭水泥粮食等功矿山水利水电机场码头桥梁等型工程中高强度混凝土浇筑中着广泛应[2]胎带机仅维护方便工作性稳定噪音燃料消耗少维护成低廉具极市场潜力
胎带机泵送机械种益补充种混凝土输送泵配套新型施工机械胎带机仅极提高输送混凝土等浇筑物速度够效扩输送物料距离长长机械手非常灵巧混凝土面输送施工面需浇注部位进行持续浇注浇筑效果布料均匀解决混凝土等浇筑物水垂直输送摊铺等问题
目前国胎带机设计制造厂家投入应屈指数设计制造尚处起步阶段着国国民济建设快速发展断交通运输工程型水利工程房产建设等国家基础建设工程开工投入建设项目增混凝土需求量输送量产生巨需求众项目开工建设胎带机带难发展机遇
12胎带机机国外应研究概况
胎带机采PLC控制技术开式输送仅安装方便机动性强浇筑强度布料均匀输送速度会受骨料影响工作种复杂形条件国外广[3]国外胎带机发展路径相中国胎带机率先启动水利水电施工领域浪底三峡龙滩等国型水电工程建设中胎带机较应发展趋势逐渐领域扩散
目前国外诸工程建设领域美国罗泰克公司生产Creter Crane德国普茨迈斯特公司生产Telebelt胎带机应户评价极高两家公司胎带机结构原理基类似中罗泰克产品通化水高研发投放全球市场系列产品中CC200—24型胎带机应广泛[4]胎带机推市场年研发改进已发展种类型设备底盘类型分三类：第类标准汽车底盘类产品普茨迈斯特公司Telebelt第二类汽车起重机底盘美国罗泰克公司CC型胎带机第三类履带式起重机底盘中国水利水电第八工程局设计制造BLJ600型带式混凝土布料机现胎带机领域标准汽车底盘产品市场流
美国罗泰克公司生产CC200－24（图12—1示）胎带机仓贮工方量混凝土布料输送CC200－24胎带机1节料皮带3节伸缩布料臂架1台起重机底盘组成普茨迈斯特Telebelt该机仅浇注覆盖面广浇注强度高工程适应范围更加广泛高坝混凝土浇注具独特优势然重施工现场进行转场移位时灵活性远Telebelt施工现场工况求远高TelebeIt
图121美国罗泰克轮胎式胎带机
普茨迈斯特公司Telebelt（图122 示）系列前机型TB80TB105TB110TB130中TB130拥5节伸缩臂架施工距离达38m该系列中机型第4节臂架采性优越高强度铝合金材料第3节第4节臂架够实现步伸缩特殊液压伸缩支腿狭窄场条件实现快速架设该公司推出TB110型胎带机支腿伸缩方式皮带材料作优化伸缩支腿采旋出进行液压顶升蝴蝶式设计方案[5]便维护TB系列产品伸缩臂架零件具良通性工中够便定位输送机采液压驱动TB110够伸缩式输送带作输料带原输料带成卸料带具实现反输送功该功通常转移废料卸车易进入工时透反输送功轻易物料装载卸车
图122 德国普茨迈斯特车载伸缩式皮带机
国初引进国外设备型工程中实际应设计分析进行研究年研究成果胎带机伸缩臂架结构设计伸缩驱动机构设计胶带缠绕方式伸缩驱动装置设计等伸缩机构方面设计说国胎带机设备研发工作刚刚起步[5]国关车载伸缩皮带机(简称胎带机)研究起步较晚2006年TSD32伸缩式皮带输送机（图123示）三重工股份限公司研发国首创车型破进口产品统天局面中联重科水利水电八局河南理工学等企业科研单位均进行深入研究国目前已应水利水电施工现场水电八局常德机械厂生产BLJ600型带式混凝土布料机（图124示）三重工TSD32伸缩式皮带输送车[6]三重工TSD32伸缩式皮带输送车行式汽车底盘基础部采伸缩布料输送机伸缩臂架采高强度铝合金板材布料距离32m
图123三重工TSD32伸缩式皮带输送机
图124制安分局中水重工分公司研发生产BLJ600－60型履带式液压布料机
2013年3月28日中午湘江航电综合枢纽工程制安分局中水重工分公司研发生产国首60米BLJ600－60型履带式液压布料机[8]成功完成首次混凝土布料布料机采白行式履带底盘作基础布料臂架采桁架结构型式布料半径60m采履带式够轻松驰骋施工现场复杂形适面广应输送种级配混凝土类颗粒性物料
总体国胎带机研究然达定水整体设计水欧美发达国家存差距尤胎带机整体结构设计功完备系统性方面国外差距尤明显核心液压件赖进口着国科学技术进步济建设断发展国科研水定会新台阶胎带机研发定会日趋完善
13胎带机结构组成
胎带机结构组成汽车起重机相似(图131示)布料系统料系统车回转系统底盘辅相应控制系统构成[9]中布料系统整机核心工作部件胎带机伸缩机构定范围连续改变物料输送范围
图131 胎带机结构简图
回转机构变幅液压缸铰接布料系统基础臂尾部布料臂架两节节臂架回转机构变幅机构作钢丝绳伸缩实现直线运动水回转范围达360垂直方15～+30范围断灵活改变布料倾角扩工作范围便适应种施工条件
料系统臂架般采桁架结构设计料系统布料系统皮带均采环形皮带电动滚筒作驱动装置成熟工程机械起重机重型卡车底盘作胎带机底盘支撑车系统保证整车稳定性执行机构液压电气控制系统等控制设备实现精确工作
布料系统装电动滚筒输送带改滚筒托辊张紧装置清扫器防偏装置料斗溜电气控制系统安全装置输送带缠绕方式图132示
图132布料机构输送带缠绕方式
布料臂架伸缩机构带减速器液压马达驱动滚筒动滚筒滑轮组钢丝绳绳端固定装置等结构组成该布料臂架伸缩行程26m60m较求量减轻重宜采齿轮齿条方式者液压缸方式驱动该布料臂架伸缩目前均采钢丝绳驱动方式设计方案钢丝绳作伸缩牵引构件
伸缩原理：通驱动装置动轮转动进钢丝绳段长度发生
变化致中间臂架回移动实现中间臂架伸缩：中间臂架伸缩
会钢丝绳段长度发生变化前臂发生伸缩运动实现整臂架伸长收缩运动
图133 布料臂架伸缩机构结构组成
图134 布料臂架伸缩机构钢丝绳缠绕方式
回转机构回转支承装置回转驱动机构组成回转支承装置采滚动轴承式具结构紧凑工作稳安全装配维护简单回转阻力等特点
底盘采轮胎式起重机底盘车轮车架伸缩支腿等结构组成胎带机车系统架装底盘时车系统设置活动配重系统确保胎带机够稳定作业防止胎带机运行程中发生倾翻
14容研究容
141胎带机设计技术指标
胎带机技术参数见表1411
表1411 胎带机技术参数
序 号
名 称
技术参数
备 注
1
额定输送力
220m3h
理输送力227 m3h
2
布料半径范围
26～60m
3
布料高度范围
+27m～11m
含2m溜
4
布料臂架仰角
+30°
5
布料臂架俯角
15°
6
回转角度
360°
料臂架时
7
布料臂架回转角度范围
30°～30°
正常作业时
8
布料机带宽
600mm
9
胶带输料速度
315ms
10
臂架伸缩速度
012ms
11
臂架伸缩驱动功率
22kW
12
布料料额定功率
30kW
13
输送混凝土骨料
≤15°时150mm
14
输送混凝土骨料
≤20°时80mm
15
输送混凝土骨料
≤25°时40mm
142课题研究容
文TDJ60600型车载伸缩式皮带机(布料半径范围60m布料机带宽
600mm胎带机)研究象负责布料系统臂架金属结构设计计算
布料臂架布料系统关键部件结构形式属悬臂结构仅结构复杂工况繁杂边界条件稳定布料系统重承载部件[10]保证设计分析研究应力应变等规律显极重[11]设计合理否会直接影响整设备运行安全性性设计求布料臂架重量结构紧凑制造工艺简便工作范围广远距离运输时安装调试方便 布料臂架金属结构设计布料系统基础臂中间臂前臂组成三节伸缩金属臂架结构进行设计分析优先进行单节臂架计算分析校核
图1421 布料金属臂架简图
143研究难点
①样已参数较快速准确估算出布料系统倾翻力矩等相关联机构作出选型设计计算
②布料系统金属臂架限元分析进行参数化处理限元计算较快满足求
③确定初步方案做样调整更加
144文研究技术方案
运ANSYS限元软件布料臂架进行参数化建模单节臂架单工况条件进行限元分析利计算机校核金属臂架强度刚度根分析结果分析桁架否需进行局部加强添加加劲肋类措施保证设计结果安全
保证结果准确性先根已50m胎带机布料臂架尺寸建立50m布料臂架金属桁架结构模型进行分析熟悉设计流程掌握基方法尤参数化建模网格划分施加载荷方法60m胎带机布料系统金属桁架结构设计更加畅
ANSYS软件进行限元分析简单流程[8]：
（1）分析布料臂架结构进行适量简化处理结构荷载进行参数化处理
（2）根零部件位置基APDL 参数化语言建立节布料臂架限元模型划分网格
（3）处理荷载边界条件限元模型计算结果进行综合分析校核桁架强度分析桁架受力变形状况桁架尺寸修改优化奠定基础
臂架进行限元结构分析时根实际工况（实际工况复杂考虑风载物料重等种素）仅考虑臂架俯仰考虑臂架伸缩涉计算工作工况较时间实际力限导师指导进行单工况臂架分析
进行整体臂架全工况分析通单工况分析优化提供参考鉴
15章结
章介绍课题源研究背景汇总胎带机发展应国外研究现状阐述胎带机整体结构组成途确定文研究容研究难点采取技术路线时阐明该文研究目研究意义章提供整体设计模型
第二章 布料臂架整体方案设计计算
21布料臂架结构简介
布料臂架典型悬臂结构胎带机关键部件设计合理否直接影响胎带机整设备运行安全性性布料臂架三节伸缩式桁架结构组成分称基础臂中间臂前臂中中间臂前臂伸缩整体结构桁架结构腹杆数节点数少采应广泛字式腹杆体系减载荷应力方加竖杆图211示
1 前臂 2 中间臂 3 基础臂 4 伸缩机构 5 变幅油缸
图211 布料臂架结构简图
伸缩臂架三节嵌套起臂架组成断面结构图221示
1 节臂架 2 中间节臂架 3 基础节臂架 4 支承滑道
图212伸缩臂架截面图
基础臂架尾部底盘回转机构变幅机构铰接伸缩臂架属两级伸缩结构嵌套里面两节臂架抽屉般拉出缩回扩伸缩行程改变布料臂架输送长度正价增加布料半径
22型材选
整布料臂架属型悬臂结构完全伸出时悬臂长度达60 m进行结构设计时应考虑材料刚度强度素外应减轻臂架身重量然材料济性考虑钢材选基原：结构满足安全需求工作前提节约钢材降低成选钢材程中应综合考虑种素市场供应情况结构重性荷载特征连接方法工作环境钢材厚度设计时应特注意厚度钢材轧制压缩厚度钢材相强度较差塑性击韧性焊接性较差焊接结构化学成分机械性求较高
整臂架悬臂结构然基础臂伸缩油缸卷筒支架保证衡钢材选时考虑量减轻重免受力分析时保证整悬臂稳定设计时考虑保证刚度目前数布料臂架设计方案采材焊接构成弦杆高强度方形钢满足支承滑动方面结构设计需腹杆圆型钢考虑伸缩程中托辊运动弦面样采圆形钢材料作托辊横梁兼作水腹杆
布料臂架截面型式尺寸材型号图322示
图221布料臂架截面型式尺寸材型号
整臂架选材：
前臂：弦杆采□80×80×6GBT30942000冷拔缝等壁厚方型钢材料390DGBT15911994（高强度低合金钢）屈服极限390MPa腹杆Φ48×5GBT173951998缝钢材料45GBT81621999屈服极限335MPa前臂头部支架采□70×50×6GBT30942000冷拔缝等壁厚矩形钢材料Q235DGBT7002006屈服极限235MPa
中间臂：弦杆采□110×110×8GBT30942000冷拔缝等壁厚方型钢材料390DGBT15911994（高强度低合金钢）屈服极限390MPa腹杆Φ48×5GBT173951998（横）Φ60×7GBT173951998（竖）缝钢材料45GBT81621999屈服极限335MPa加强板材料Q345DGBT81621999屈服极限345MPa
基础臂：弦杆采□120×80×10GBT30942000冷拔缝等壁厚矩形钢材料Q390DGBT15911994（高强度低合金钢）屈服极限390MPa腹杆Φ48×5GBT173951998（横）Φ60×7GBT173951998（竖）缝钢材料45GBT81621999屈服极限335MPa加强板材料Q345DGBT81621999屈服极限345MPa
23臂架间支承装置
中间臂架前臂架进行伸缩运动布料臂架设计需支承滚轮支承滑道实际设计时采滚轮支承方案采支承滑道设计会更优势输送机臂架重会支承载荷较相运动速度较低(2～4 m／min)处果采滚动轴承方案设计会布料系统整体体积重量增加支承滚轮效减轻臂架重量整体结构布置容易达
伸缩程中前臂中间臂运动运动程中臂架间存相互作力基础臂架中间臂架水横撑安装支撑滑道伸缩程中分支撑前臂中间臂基础臂架头部弦杆顶端安装V型滑道臂架较长伸缩行程较间隔两腹杆安装支撑滑道保证臂架伸缩程中稳定工作保证中间臂架前臂架缩回程中会受皮带钢丝绳拉力层臂架头部撅起基础臂中间臂弦杆横撑安装
压板V型滑道压板布置臂架前面节距布置滑道防止前臂中间臂完全伸出臂架尾部抬起限制运动方[12]
图231示支承滑道采V形槽结构滑道绕销轴±5范围摆动够适应臂架种工况轻度变形安装中部滑道摆动轴偏置(图231)嵌套臂架前面伸出时身重力作V形槽会动前方摆动嵌套臂架方缩回时够准确滑入V形槽机构进入正常工作状态V型滑道偏置结构够效解决臂架受力变形运动方发生偏斜等原布料臂架法准确进入V形槽问题[12]
图231V形支承滑道
布料臂架滑道结构型式图326示
图232布料臂架滑道结构形式
已50米胎带机数材料滑道数：
中间臂滑道取长度05m滑道取长度08m
基础臂滑道取长度08m基础臂滑道取长度08m
中间臂偏心滑道长度取05m基础臂偏心滑道长度取05m
24确定布料臂架尺寸
241 确定布料臂架长度
设计时般定输送距离般求三节臂架长度设计济规范减缩回时布料臂架长度布料臂架合理设计长度够减轻臂架质量输送距离获伸缩行程扩布料施工区域
图321示布料臂架全部伸展开时长度臂架完全缩回长度取决基础臂长度定值三节臂架取值应该量似三节臂架完全伸出时搭接部分长度保证布料臂架展开长度短关键
图2411 伸缩臂架示意图
外确定搭接长度需综合考虑结构设计构件位置安排改滚筒伸缩驱动钢丝绳滑轮等
搭接时通常搭接长度应该短便臂架轻量化搭接部分短会反力增引起吊臂搭接部分局部失稳时会增吊臂间隙变形布料臂架强度刚度确定搭接长度必须考虑果搭接长度短强度刚度满足结构求太长会增加伸缩行程浪费材料增加重量选择搭接长度时般根实际验优化设计定搭接长度般取伸缩臂外伸部分步伸缩14—15（吊臂较长者取者较短者取前者步伸缩者取者）处步伸缩取15
根三节臂长度似原已50m胎带机臂架尺寸确定60m三节
臂：前臂长度：22660mm中间臂长度21790mm基础臂长度23650mm
布料臂架完全展开时中间臂基础臂搭接长度约4080mm前臂中间臂搭接长度约4200mm
242确定布料臂架高度
根布料臂架结构布局皮带输送机结构特点臂架高度：
基础臂高度>>驱动滚筒直径+改滚筒直径+托辊高度929
中间臂高度>>改滚筒直径+托辊高度299
前臂高度>>改滚筒直径+托辊高度257
截面尺寸验值加带宽400mm进行确定考虑前臂端部受力较参考50m胎带机布料臂架高度取60m 胎带机布料臂架高度：基础臂高度1800mm中间臂高度1350mm前臂高度750mm
243 布料臂架尺寸参数
前臂结构型式长度方尺寸图2431示
图2431 前臂尺寸
中间臂结构型式长度方尺寸图2432示
图2432 前臂尺寸
基础臂结构型式长度方尺寸图2433示
2433基础臂尺寸
前臂重量约1950kg中间臂重量约3520kg基础臂重量约4190kg
次设计中布料臂架安全装置布置：
① 保证机构够稳安全运行时停动开启运转机构均设置制动器
②臂架伸缩机构中设置限位开关通限位开关控制臂架俯仰角范围臂架伸缩长度防止发生臂架超范围工作引发安全事
③布料系统料斗处设置超负荷限制器卸料斗方出料口处通快速接头溜联接
25 胎带机作业环境材料性
251 胎带机作业环境
(1)工作场温度：20℃~40℃
(2)施工时风力≤5级然求停止作业臂架完全收回
(3)作业环境必须易燃易爆毒等危险品腐蚀性气体
252 材料性参数
金属臂架弦杆Q390D矩形钢侧杆45圆钢泊松03弹性模量密度重力加速度取
安全系数n取133材料许应力：
起重机设计规范[16]臂架全伸展开端部许刚度：
(41)
式中 ——臂长
次设计臂架全伸开时臂架长度60m
臂架端部许刚度值：
26 前臂应力计算
简化受力模型时整前臂架成根压弯梁进行应力计算弦杆承受弯矩部两接触位置距离较滑道支撑成两支点考虑前臂架结构示意图计算身米载荷前臂身质量1950kg图示计算出前臂身米载荷采质量总长度计算公式出计算结果长度计算时端部折合值难免误差：
前臂身载荷物料载荷50kgm附加载荷50kgm前臂受载荷：
N·m
图261前臂架受力结构示意图
中
受力分析图清晰前臂受均布载荷头部集中力前臂中间臂接触支反力
前臂头部受力：
F＝600kg×98＝5880N
根受力分析列列衡方程：
X轴衡：
B点列弯矩衡方程：
求：
AD两端点受弯矩0
B点受弯矩：
N·m
C点受弯矩：
N·m
前臂弯矩图图示
图262前臂受力弯矩图
前面述前臂钢材选知：
前臂方钢截面积：
惯性矩：
数算出前臂偏心距：
Ιz＝4×（163＋1776×40²）＝114316cm4
算出前臂受应力：
140MPa
前臂钢架选材Q390钢许应力该设计满足强度设计值
27 中间臂应力计算
中间臂架梁弦杆旧采高强度方钢采圆形钢（局部加强处采方钢）中间臂架质量3520kg计算出中间臂身米载荷采质量总长度计算公式出计算结果：（长度计算时端部折合值难免误差）
Nm
中间臂身载荷物料载荷50kgm附加载荷50kgm中间臂受载荷
＝1600＋50×98＋50×98
＝2580Nm
中间臂架受力分析图图示：
图271中间臂架受力分析图
中
受力分析图清晰中间臂受均布载荷前臂施加支反力
力矩中间臂基础臂接触支反力
面前臂计算结果知道支反力：
根受力分析列列衡方程：
X轴衡：
K点列弯矩衡方程：
求：
P端点点受弯矩：
N·m
K点受弯矩：
N·m
中间臂弯矩图图示：
图272中间臂弯矩图
中间臂方钢截面积：
惯性矩：
数算出前臂偏心距：
Ιz＝4×（56946＋40×55²）＝39722184cm4
算出前臂受应力：
25739MPa
中间臂架钢架选材Q390钢许应力该设计满足强度设计值
28基础臂应力计算
基础臂架梁弦杆采高强度方钢采圆形钢（局部加强处采方钢）基础臂架质量4190kg计算出基础臂米载荷采质量总长度计算公式长度计算时端部折合值难免误差：
Nm
中间臂身载荷物料载荷50kgm附加载荷50kgm基础臂臂受均布载荷：
＝17853＋50×98＋50×98＝27653Nm
基础臂受力分析图图示：
图281基础臂受力图
受力分析图清晰基础臂受均布载荷中间臂臂施加支反力力矩油缸铰支座支反力角度基础臂铰支点竖直方距离1600mm mm
面受力分析图知设铰支端受水方力Fx受垂直方力Fy方面固定臂架受力分析图示
铰支端列衡方程：
X轴衡： Fx－＝0
Y轴衡： Fy＋－F3－q＝0
铰支端弯矩衡：
＝0
面中间臂计算结果知道支反力：
N·m
综解：
Fx＝821N Fy＝－655N
F2＝N
计算固定臂架点弯矩：
B端弯矩等中间臂传递弯矩：
MB＝N·m
受力点处弯矩：
＝
＝N·m
基础臂支架铰接处A点弯矩：0
基础臂架弯矩图示
图282基础臂架弯矩图
基础臂方钢截面积：
惯性矩：
数算出前臂偏心距：
Ιz＝4×（652＋36×60²）＝521008cm4
算出前臂受应力：
27616MPa
基础钢架选材Q390钢许应力该设计满足强度设计值
29 章结
章容介绍布料臂架基组成工作原理设计程中特注意方进行较详细介绍确定布料臂架型材尺寸结构形式布料臂架进行基础分析分简单计算布料臂架3节臂应力章ANSYS限元分析提供基数
第三章 布料臂架ANSYS限元分析
31 限元软件基APDL 结构模型参数化技术
311 ANSYS软件简介
ANSYS软件美国ANSYS公司研制开发英文界面型通限元分析（FEA)软件（暂时没中文版面世）年完善已成业界流行分析软件全球数增长快CAE软件ANSYS软件物理场耦合分析功成CAE软件应流限元软件领域占重位世界工业领域广泛接受[13]历年FEA评中名列前茅现中国数科研院校采ANSYS软件进行限元分析者作标准教学软件
ANSYS软件结构热声流体电磁场等学科进行分析研究核工业机械制造源电子日家电土木工程轨道运输石油化工航空航天等领域着广泛应[14]ANSYS功全面分析力强操作简便够导入PROEAuto CADNASTRANALGORIDEAS等数CAD软件数操作系统运行
ANSYS软件图形界面GUI操作方式限元分析程中命令流语言命令流语言通性ANSYS版中运行利ANSYS软件够减少设计周期降低施工成够极提高设计水利行业竞争力提升着计算机技术发展设计理断优化采计算机辅助工程分析技术(CAE)势趋
ANSYS静力分析适外载荷作力变形应力求解静力分析针惯性问题者阻尼较会整体结构产生较显著影响时求解分析研究象静载荷结构响应研究结构外力作变形位移等变化静力分析够处理位移外部作力（压力重力等）温度载荷（温度应变）流载荷（核膨胀）等载荷
ANSYS程序静力分析分线性静力分析（线弹性分析）非线性静力分析非线性静力分析较复杂涉塑性应力钢化变形蠕变接触分析超弹性分析等
312 APDL 参数化建模方法简介
APDL ANSYS 带类似FORTRAN 解释性编程语言通APDL够定义种参数提取意象数完成基数值运算进行流程控制调函数实现文件输入输出等较复杂型机械装备进行限元分析时APDL语言设定载荷分布状况模型网格参数等通参数化建模进行许通性强工程分析完成适应网格划分优化设计重前提
布料臂架进行限元分析程中实现建模运算参数化模型数进行统定义布料臂架特征（长宽高) 预先进行统设定材料特性参数弹性模量E泊松γ进行定义梁截面尺寸样式进行统编号划分网格时命令流直接调截面编号模型进行网格划分设定网格密度赋予单元属性进行参数化设定优点修改时非常方便程序规范简单明避免重复操作缩短设计时间
模型建立量接实际简单典型够较客观反映出臂架应力应变重等参数[9]利APDL建立布料臂架尺寸模型定义种材料属性梁单元截面属性保证建立模型接实际工况求
利ANSYS布料臂架进行结构分析基步骤：利APDL语言布料臂架单元属性载荷分布状况进行设定调ANSYS 求解器整臂架进行分析建立处理流程输出数图形
313 布料臂架限元模型建立载荷边界条件处理
布料臂架包括弦杆腹杆加强筋板等构件彼间通焊接螺纹连接等形式组合起限元分析中构件间焊接螺纹连接成高强度梁连接处理前臂中间臂中间臂前臂搭接处滑道臂架间接触梁单元接触进行设定（滑道取梁单元）根布料臂架结构受力特点布料臂架构件设定梁杆壳等限元单元分析单元类型赋予力学素单元连接构刚架模型[9]图2 51示( 坐标原点基础臂尾部中心点 x 轴表示臂架长度方 y 轴表示臂架高度方 z 轴表示臂架宽度方)
图 3131 伸缩臂架限元模型正视图
公边界单元间会出现协调情况会造成求解时传递适载荷保证分析结果准确必须保证搭接公部分单元间具相度
布料臂架承受载荷较复杂施工环境着关联风力路面坡度等风载条件布料臂架三节臂全部完全伸展开工况进行限元分析考虑臂架身重量臂架输送混凝土等物料重量安装臂架种托辊驱动卷筒等部件附加载荷布料臂架工况复杂伸缩程臂架间力相互作载荷分布发生变化布料臂架铰接驱动滚筒支架伸缩油缸约束条件会布料臂架伸缩发生变化布料臂架载荷分布状况约束图252表示中A处铰支座表示布料臂架驱动滚筒支架间铰接B处铰支座表示布料臂架变幅油缸铰接图中F 前臂溜料斗重力P 分布布料臂架均布载荷
图3132布料臂架简化模型约束
图3133 基础臂架支架滚筒支架铰接
32 前臂架ANSYS限元分析
ANSYS140台建立计算模型中弦杆腹杆底面拉杆采beam188单元板材采shell63单元整计算模型中采单位：长度时间质量力应力
ANSYS分析基程包含三步骤
1 创建限元模型划分网格
2 施加载荷求解
3 处理程
步骤具体操作
第设定单元类型
*指定工程名称分析标题
创建ANSYS文件时必须文件命名定义名字时含中文字符
*定义单元类型
ANSYS单元库中150种单元类型单元特定编号标识单元类型前缀例：PLANE55SOLID96等针分析问题应选该选取相应单元类型关单元类型属性ANSYS软件帮助文件中找详细设定
ANSYS划分网格前必须先定义单元类型单元类型决定单元维度具度数目
定义前臂单元类型梁单元命令：ET1BEAM188
*定义单元常数
单元实常数单元类型特性决定然非单元类型需实常数需定义实常数类型单元定义实常数
定义单元常数前臂命令：
定义前臂型材
FRL180 方钢长度80mm
FRW180 宽度80mm
FRT16 厚度6mm
FCI119 圆钢径38mm
FCO124 外径48mm
第二定义材料特性
根材料特性区分种：
1 线形非线形
2 性正交异性异性
3 温度变化温度变化
*定义材料特性
单元类型实常数样组材料特性材料参考号材料特性组应材料参考号表称材料表分析中材料特性组相应模型中种材料ANSYS通独特参考号识材料特性组
定义材料特性前臂命令：
MPEX1210E3
MPPRXY103
MPDENS17800E9
第三创建限元模型划分网格
*创建读入限元模型
ANSYS分析程中工作量花费时间较建模
创建限元模型方法分实体建模直接生成导入现模型 次设计ANSYS程序中命令流直接建模
截取前臂部分命令列举：
建立前臂模型图示：
(1)定义关键点
K(2036020)(A1DF)H10
K(33065020)(A2DF)00
K(109020)(A2DF)H10
K323A100
K(34142120)(A1+DFDF)00
补充弦杆
K1505*A205*H10
前补充弦杆
K31117*DF+A2H10
K60117*DF00
K61117*DF+05*A205*H10
K62118*DF05*A205*H10
K63118*DF+05*A205*H10
线连接
L(109010)(2010010)
L(10034020)(12036020)
L360311
L323330
图321前臂模型
ANSYS允许户CAD系统中生成模型导入ANSYS中户CAD系统中生成模型模型存IGES文件格式然ANSYS模型输入ANSYS中进行分析IGES种CADCAE系
统间交换模型中间标准格式
*划分网格：
ANSYS网格划分方式分网格划分映射网格划分两种划分网格方式支持四边形三角形网格形状网格划分四面体单元形状映射划分方式支持六面体单元形状划分网格时六面体四面体量混空间曲面复杂实体划分网格时般采网格划分方式曲线曲面实体等规形状划分网格时采映射网格划分较次设计映射网格划分
划分网格命令截取前臂部分命令列举：
划分前臂网格
LSELS146 选定划分线划分方钢
LESIZEALL50 控制定线单元数50
LATT1101185313 赋予单元属性梁截面编号13
LMESHALL 线生成选定单元
ALLSELALL 恢复选择象
通划分网格模型元素转化限元单元前臂模型网格划分具梁单元属性图示：
322前臂网格划分模型
第四加载求解
*定义分析类型
选择分析类型载荷条件计算响应ANSYS程序中进行稳态瞬态调谐模态频谱挠度子结构分析设计静力结构分析
定义分析类型施加载荷部分前臂分析命令：
SOLU
ACEL0980
前臂载荷
FK770FY2940 头部集中荷载600kg
FK1770FY2940
FK(42076020)FY5488 面均布荷载
FK(1420176020)FY5488
加载前臂模型图示：
图323前臂加载约束图
第五查分析计算结果
完成限元计算通ANSYS处理查模型计算结果
ANSYS处理通处理POST1时间处理器POST26两处理器组成
POST1处理器通常查轮廓线显示变形形状等值线显示POST26 做时间相关处理瞬态分析中较次设计POST1处理器查应力分布云图变形云图
次胎带机ANSYS分析采命令流加菜单命令方式进行建模划分网格施加载荷分析求解具体命令步骤意义命令流中会解释
前臂完全伸出时应力分析结果图示：更更接实际分析出前臂种工况受力否超出钢材许应力挑选出前臂完全伸出时工况分析
前臂架中间臂架滑道接触点施加XYZ三方约束前臂架中间臂架滑道接触点施加XY两方色约束
臂架分析情况图示：
图324前臂应力分布云图
应力云图知工况前臂架应力位前臂中间臂架滑道接触位置应力252153MPa ＜ [σ ] ＝29323MPa满足强度求
图325前臂应力位置处云图
图326前臂变形云图
变形结果截图：面图中出臂端端部垂直方变形：Y ＝438489mm
图327前臂弦杆应力分布云图
前臂弦杆应力处整臂架应力处252153MPa前臂中间臂滑道接触位置
图328前臂腹杆应力分布云图
图示 前臂腹杆应力153545MPa位中间臂滑道接触位置
图329前臂底面横杆应力分布云图
前臂底面横杆应力1652MPa位中间臂滑道接触位置
33 中间臂架ANSYS限元分析
中间臂架加载限制基础臂架滑道接触点度进行限元分析计算结果：
图331中间臂应力分布云图
图332中间臂应力云图
中间臂整体应力24148429323MPa位基础臂滑道接触斜腹杆图示
图333中间臂变形云图
中间臂分析结果变形结果截图：图中出水伸出工况变形：Y＝557715mm
图334中间臂弦杆应力分布云图
中间臂架弦杆应力分布云图图示应力208533MPa位基础臂滑道接触位置
图335中间臂腹杆应力分布云图
中间臂腹杆应力图示应力241484MPa位基础臂滑道接触位置
图336中间臂底面横杆支撑滑道应力分布云图
图知中间臂底面横杆斜拉杆应力222448MPa位前臂滑道接触位置
34 基础臂架ANSYS限元分析
基础臂整体应力29149629323MPa位基础臂尾部弦杆
图341基础臂应力分布云图
图342基础臂应力云图
图343基础臂变形云图
基础臂整体变形Y＝46093mm
图345基础臂弦杆应力云图
基础臂弦杆应力265154MPa弦杆中间位置
图346基础臂腹杆应力分布云图
基础臂腹杆应力241459位中间臂滑道接触位置
图347基础臂底面横杆应力云图
基础臂底面横杆应力262704位中间臂滑道接触位置
图348驱动卷筒支架应力分布云图
驱动卷筒支架应力250859MPa变形592mm应力基础臂铰接位置
35 布料臂架ANSYS整体分析
351布料臂架整体应力变形
整体臂架分析设计基础臂中间臂前臂组装起进行分析设计整体分析时采ANSYS软件进行分析时采三臂架搭接部分采耦合方式进行连接样较形象模拟出臂架整体受力变形应力变化情况整体分析时相关资料臂架完全伸出工况臂架整体危险工况保证臂架整体臂架完全伸出工况应力钢材许应力范围保证整体臂架种工况安全性
整体分析时直接调已建CDB臂架模型文件调前臂家命令：
装入前臂
CDOPTANF
CDREADCOMBqianbijiaCDB
LSELS1220 显示前臂
LPLOT
实反映臂架搭接部分未知支反力通滑道传递节臂架实际受力状况臂架进行度耦合谓度耦合迫两度（DOFs）取相值（未知）耦合度集包含度度耦合度保存分析矩阵方程里耦合集度删计算度值分配耦合集度中滑道布料臂架度耦合部分命令：
CPNEXTUX80518140 前臂里滑道铰接
CPNEXTUY80518140
CPNEXTUZ80518140
CPNEXTROTX80518140
CPNEXTROTY80518140
CPNEXTUY81399165
CPNEXTUX81399165
图351中间臂基础臂节点耦合图
整臂架加载完成载荷分布图示：
图352整体臂架载荷分布
计算程中会出现应力集中者局部应力等现象应力集中等现象出现原进行分析加强板改变连接点钢数目等手段进行改进图应力集中现象：
图353 应力集中图
图知整体臂架应力分布许范围弦杆部铰接处出现集中应力达5167MPa采取加强板试试图示：
图354 初步处理应力集中图
通基础臂尾部添加加强板次进行ANSYS分析时集中应力5167MPa降429503MPa然相材料需应力点通整体应力分布臂架部分应力许应力范围部分应力较应力集中现象果更换整臂架材料话济会造成浪费继续通基础臂架部位添加加强版方式改进臂架结构减集中应力直应力降许应力范围
然果面积出现实际应力超出材料许应力说明前材料性够满足现需求时候需通添加加劲肋减受应力时合适方法更换型材某根云杆应力添加板换成更粗圆钢甚方钢
布料臂架应力基础臂铰接点应力291682MPa知：
29323MPa满足设计求整体变形144213mm满足刚度求
应力变形云图图示：
图355布料臂架整体应力分布云图
图356布料臂架应力分布云图
图357布料臂架变形云图
352 油缸铰接点支座反力
图3521 布料臂架铰接点支撑油缸铰接点限元节点编号
ANSYS限元分析直接铰支座支反力布料臂架驱动滚筒支架铰接点支反力油缸底盘铰点支反力分见表3521表3522
表3521 布料臂架驱动滚筒支架铰接点支反力
NODE
FX(N)
FY（N）
FZ(N)
MX(N·mm)
MY(N·mm)
MZ(N·mm)
1
051254E+06
015733E+06
1785
012253E+07
051524E+06
0
461
053247E+06
015904E+06
1785
011188E+07
052486E+06
0
表3522 油缸底盘铰点支反力
NODE
FX(N)
FY（N）
FZ(N)
MX(N·mm)
MY(N·mm)
MZ(N·mm)
20000
051254E+06
023963E+06
000
000
000
0
20010
053246E+06
024894E+06
000
000
000
0
节点20000合力：kN
节点20010合力：kN
油缸铰点支反力见表453
表3523 油缸布料臂架铰点支反力
NODE
FX(N)
FY（N）
FZ(N)
MX(N·mm)
MY(N·mm)
MZ(N·mm)
20020
051254E+06
023963E+06
000
000
000
0
20040
053246E+06
024894E+06
000
000
000
0
节点20020合力：kN
节点20040合力：kN
353布料臂架引起倾翻力矩
图3531布料臂架车架相位置
图3531 布料臂架车架相位置
FX1
（N）
FY1
（N）
FX2
（N）
FY2
（N）
X1
(mm)
X2
(mm)
Y1
(mm)
Y2
(mm)
倾翻力矩
（t·m）
5625E+5
1973E+5
5625E+5
2896E+5
200
950
3358
208
2008
409
5824E+5
209E+05
5824E+5
2989E+5
200
950
3358
208
2077
36 章结
章容ANSYS限元软件限元软件布料臂架进行基础分析程进行介绍梳理需注意方面进行简单阐述应ANSYS限元软件进行辅助设计计算缩短设计进程提高设计效率更精确计算数优化设计进程
次设计分析基结束ANSYS分析图清晰臂架应力具体分布状况解结构薄弱环节极简化计算云图出应力钢材许应力定余量分析出设计臂架够满足强度应力求
第四章 总结展
设计说明书中胎带机市场应国外现状进行简概述介绍国外三种胎带机机型胎带机总体结构进行较详解说胎带机金属布料臂架设计路线进行初步设定
设计程中先布料臂架进行简单强度校核似计算概解整体臂架应力似值然限元软件ANSYS金属结构进行分析ANSYS限元分析结果前面计算结果进行简单较结果基致说明限元软件金属臂架分析较符合实际状况限元软件进行辅助设计极简化计算程缩短设计流程节省设计时间设计成通限元软件臂架整体盈利状况进行分析找臂架薄弱环节进行针性改进
次毕业设计毕竟次练兵性质演练实际中设计差设计中布料臂架全展开单工况进行校核没伸缩长度等种全工况进行分析没考虑风载工复杂施工条件ANSYS金属结构进行校核初级应更深层次全工况动耦合金属结构轻量化优化等技术时间力限没应次设计中
通次毕业设计认识学工作中继续加强专业理学时实践够理实践结合起达更加理想效果实际工作生活中断汲取验教训丰富身阅历断完善四年老师教诲生宝贵财富相信必然会更益处力充满信心生路艰难定会通懈努力坚持走走稳走远走
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致谢
岁月梭数月努力次毕业设计基结束时意味着学求学生涯终结站毕业门槛回首昔奋斗辛劳成丝丝记忆甜美欢笑尘埃落定值毕业文完成际谨关心爱护帮助表示诚挚感谢美祝愿
文指导老师韩林山教授精心指导鼓励鞭策完成学期里组非常认真努力争取成果站学次岗设计程中首先感谢导师学生活关心帮助毕业设计期间组指导教师韩老师认真负责周检查督促务说明书完成设计务耐心解答遇难题韩教授帮助组利解决毕业设计中出现问题遇问题马老师办公室韩老师提问针性解决问题避免问题堆积老师渊博专业知识严谨治学态度精益求精工作作风诲倦高尚师德朴实华易格魅力影响深远韩老师毕业设计学期间予帮助文研究程中提出益指导致诚挚感谢深深敬意：衷心祝愿老师身体康泰工作心
感谢学毕业设计程中许鼓励帮助正快
乐相处学生涯难忘时光支持关爱鼓励极
动力激励着断前进感谢师兄郭江完成文程中予帮助次感谢母校华北水利水电学学生活提供舒适环境里结识辈子朋友度悔青春然特感谢父母求学程中予关心顾支持鼓励
感谢百忙中抽出时间参文评审参加答辩诸位专家教授
次支持帮助利完成学业致崇高敬意
附录
附录 ANSYS命令流程序
PREP7 进入前处理器
ET1BEAM188 定义梁单元
MPEX1210E3 弹性模量
MPPRXY103 泊松
MPDENS17800E9 质量密度
R10 指定实常数
i0 风载
定义前臂型材
FRL180 方钢长度80mm
FRW180 宽度80mm
FRT16 厚度6mm
FCI119 圆钢径38mm
FCO124 外径48mm
FRL270 矩形钢长度70mm
FRW250 矩形钢宽度50mm
FRT26 矩形钢厚度6mm
读入单元数信息
SECTYPE11BEAMHREC
SECOFFSETCENT 读入偏移
SECDATAFRL1FRW1FRT1FRT1FRT1FRT1
SECTYPE12BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAFCI1FCO1
SECTYPE13BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATAFRL2FRW2FRT2FRT2FRT2FRT2
SECTYPE14BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAFCI1FCO1
定义中间臂型材
MRL2110 方钢高度110mm
MRW2110 宽度110mm
MRT28 厚度8mm
MCI223 圆钢径46mm
MCO230 外径60mm
SECTYPE28BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAMCI2MCO2
SECTYPE21BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATAFRL1FRW1FRT1FRT1FRT1FRT1
SECTYPE22BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAFCI1FCO1
SECTYPE23BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAFCI1FCO1
SECTYPE24BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATAMRL2MRW2MRT2MRT2MRT2MRT2
SECTYPE25BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAMCI2MCO2
SECTYPE26BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'smiddle_xiao''sect'''MESH 读取户定义截面
定义固定臂型材
BRL3120 方钢高度120mm
BRW380 宽度80mm
BRT38 厚度8mm
BRL4120 方钢高度120mm
BRW4160 宽度160mm
BRT48 厚度8mm
SECTYPE32BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAMCI2MCO2
SECTYPE33BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATABRL3BRW3BRT3BRT3BRT3BRT3
SECTYPE35BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAMCI2MCO2
SECTYPE37BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATABRL3BRW3BRT3BRT3BRT3BRT3
SECTYPE38BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAMCI2MCO2
SECTYPE39BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'sbasicup''sect'''MESH
SECTYPE40BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'sbasicdown''sect'''MESH
SECTYPE30BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATABRL4BRW4BRT4BRT4BRT4BRT4
SECTYPE31BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATABRL3BRW3BRT3BRT3BRT3BRT3
SECTYPE34BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATAFRL1FRW1FRT1FRT1FRT1FRT1
SECTYPE36BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATABRL3BRW3BRT3BRT3BRT3BRT3
SECTYPE45BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'sbasicdown_20''sect'''MESH
SECTYPE46BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'sbasicup_20''sect'''MESH
SECTYPE47BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'sbasicdown_ud''sect'''MESH
定义滑道截面
SECTYPE41BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'MUP''sect'''MESH
SECTYPE42BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'MDOWN''sect'''MESH
SECTYPE43BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'BUP''sect'''MESH
SECTYPE44BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'BDOWN''sect'''MESH
装入固定臂
CDOPTANF
CDREADCOMBBASIC_han_11CDB 固定臂文件BASIC_han11
划分固定臂网格
LSELS30003027 划分矩形钢120×80×8
LSELU30013006 选择命令
LSELU30133020
LSELA35003527 增加选择命令
LSELU35013506
LSELU35133520
LESIZEALL50 划分单元数
LATT110137 指定单元37
LMESHALL 划分网格
ALLSELALL 选定实体单元
LSELS30013002
LSELA35013502
LESIZEALL50
LATT110147
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30033006 划分加厚矩形钢
LSELA35033506
LESIZEALL50
LATT110139
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30133014
LSELA35133514
LESIZEALL50
LATT110146
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30153016 划分加厚矩形钢
LSELA35153516
LESIZEALL50
LATT110140
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30173018 划分加厚油缸铰点处弦杆
LSELA35173518
LESIZEALL50
LATT110145
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30193020 划分加厚矩形钢
LSELA35193520
LESIZEALL50
LATT110140
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30283029 划分十字轴
LSELA35283529
LESIZEALL50
LATT110137
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS35603563 划分底面圆钢
LESIZEALL50
LATT110132
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30443056 部分加强弦杆
LSELA35443556
LESIZEALL50
LATT110138
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30323034 部分加强弦杆
LSELA30373039
LSELA35323534
LSELA35373539
LESIZEALL50
LATT110131
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30353036
LSELA30403043
LSELA35353536
LSELA35403543
LESIZEALL50
LATT110135
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS3057 部分加强弦杆
LSELA3557
LESIZEALL50
LATT110136
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS3058 部分加强弦杆
LSELA3558
LESIZEALL50
LATT110138
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS3059
LSELA3559
LESIZEALL50
LATT110134
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS35643571 划分支撑滑道横梁
LSELU35693570
LESIZEALL50
LATT110133
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS35693570
LESIZEALL50
LATT110130
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS35723575 划分滑道
LESIZEALL50
LATT110143
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS35763579 划分滑道
LESIZEALL50
LATT110144
LMESHALL
ALLSELALL
装入中间臂
CDOPTANF
CDREADCOMBMIDDLECDB
LSELS20002570 显示中间臂
LPLOT 显示选中线
中间臂网格划分
LSELS20002025 划分中间臂体方型
LSELU20142019
LESIZEALL50
LATT1101282124
LMESHALL
LSELS25002525
LSELU25142519
LESIZEALL50
LATT1101282224
LMESHALL
LSELS20142019
LSELA25142519
LESIZEALL50
LATT110126
LMESHALL
LSELS20262044 尾部弦杆加强采70×6
LSELU20312034
LSELU20412043
LSELA25262544
LSELU25312534
LSELU25412543
LESIZEALL50
LATT110128
LMESHALL
LSELS20452050 侧面竖直加强杆
LSELA25452550
LESIZEALL50
LATT110122
LMESHALL
LSELS20312034 头部弦杆
LSELA20412043
LSELA25312534
LSELA25412543
LESIZEALL50
LATT110125
LMESHALL
LSELS25512555 底面采前臂圆钢
LESIZEALL50
LATT110123
LMESHALL
LSELS25562562 支撑滑道横梁方钢采前臂方钢
LESIZEALL50
LATT110121
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS25632566 划分滑道
LESIZEALL50
LATT110141
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS25672570 划分滑道
LESIZEALL50
LATT110142
LMESHALL
ALLSELALL
WPSTYLE1
WPAVE1405040050*i320200
CSWPLA11011
CSYS0
LTRAN1120002570101
装入前臂
CDOPTANF
CDREADCOMBqianbijiaCDB
LSELS1220 显示前臂
LPLOT
划分前臂网格
LSELS146 划分方钢
LESIZEALL50
LATT1101185111
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS101146 划分方钢
LESIZEALL50
LATT1101185211
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS4787 划分弦杆圆钢48×5
LSELA147187
LSELU4954
LSELU149154
LSELU6772
LSELU167172
LESIZEALL50
LATT110112
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS9099 划分竖直加强弦杆圆钢48×5
LSELA190199
LESIZEALL50
LATT110112
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS200219 划分底面横杆圆钢48×5
LESIZEALL50
LATT110114
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS4954 尾部弦杆加强采48×5
LSELA149154
LSELA6772
LSELA167172
LESIZEALL50
LATT110112
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS8889 划分头部矩形钢70×50×4
LSELA188189
LSELA220
LESIZEALL50
LATT110113
LMESHALL
ALLSELALL
WPAVE29530400100*i640375
CSWPLA12011
CSYS0
LTRAN121220101
驱动滚筒支架
QGL1200 方钢长度80mm
QGW1240 宽度80mm
QGT120 厚度6mm
QGL2240 方钢长度80mm
QGW2200 宽度80mm
QGT220 厚度6mm
QGL3200
QGW3240
QGT320
SECTYPE51BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATAQGL1QGW1QGT1QGT1QGT1QGT1
SECTYPE52BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATAQGL2QGW2QGT2QGT2QGT2QGT2
SECTYPE53BEAMI
SECOFFSETCENT
SECDATAQGL3QGL3QGW3QGT3QGT3QGT3
CDOPTANF
CDREADCOMBzhijia_qudongCDB
LSELS900090022
LSELA900690082
LESIZEALL10
LATT110151
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS900390096
LESIZEALL50
LATT110152
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS9001
LESIZEALL50
LATT1101901553
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS9007
LESIZEALL50
LATT1101951553
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS90049005
LESIZEALL50
LATT1101904553
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS90109011
LESIZEALL50
LATT1101954553
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS9012
LESIZEALL50
LATT1101906553
LMESHALL
ALLSELALL
WPAVE140040013500 移动工作面指定点
CSWPLA13011 定义局部坐标系工作面（0笛卡尔坐标系）
CSYS0 启动前定义坐标系
LTRAN1390009012101 转换线型坐标系
耦合
CPNEXTUX80758122 前臂里滑道铰接
CPNEXTUY80758122
CPNEXTUZ80758122
CPNEXTROTX80758122
CPNEXTROTY80758122
CPNEXTUY81218181
CPNEXTUZ81218181
CPNEXTUY81238182
CPNEXTUZ81238182
CPNEXTUY81248170
CPNEXTUZ81248170
CPNEXTUY81258197
CPNEXTUZ81258197
CPNEXTUY81278199
CPNEXTUZ81278199
CPNEXTUY81288200
CPNEXTUZ81288200
CPNEXTUY81298201
CPNEXTUZ81298201
CPNEXTUY81268202
CPNEXTUZ81268202
CPNEXTUX80948131 前臂外滑道铰接
CPNEXTUY80948131
CPNEXTUZ80948131
CPNEXTROTX80948131
CPNEXTROTY80948131
CPNEXTUY813010003
CPNEXTUZ813010003
CPNEXTUY813210004
CPNEXTUZ813210004
CPNEXTUY81339992
CPNEXTUZ81339992
CPNEXTUY813410019
CPNEXTUZ813410019
CPNEXTUY813610021
CPNEXTUZ813610021
CPNEXTUY813710022
CPNEXTUZ813710022
CPNEXTUY813810023
CPNEXTUZ813810023
CPNEXTUY813510024
CPNEXTUZ813510024
CPNEXTUX80518140 前臂里滑道铰接
CPNEXTUY80518140
CPNEXTUZ80518140
CPNEXTROTX80518140
CPNEXTROTY80518140
CPNEXTUY81399165
CPNEXTUX81399165
CPNEXTUY81419166
CPNEXTUX81419166
CPNEXTUY81429167
CPNEXTUX81429167
CPNEXTUY81439168
CPNEXTUX81439168
CPNEXTUY81519319
CPNEXTUX81519319
CPNEXTUY81529320
CPNEXTUX81529320
CPNEXTUY81539321
CPNEXTUX81539321
CPNEXTUY81479322
CPNEXTUX81479322
CPNEXTUX80708155 前臂外滑道铰接
CPNEXTUY80708155
CPNEXTUZ80708155
CPNEXTROTX80708155
CPNEXTROTY80708155
CPNEXTUY815410987
CPNEXTUX815410987
CPNEXTUY815610988
CPNEXTUX815610988
CPNEXTUY815710989
CPNEXTUX815710989
CPNEXTUY815810990
CPNEXTUX815810990
CPNEXTUY816611141
CPNEXTUX816611141
CPNEXTUY816711142
CPNEXTUX816711142
CPNEXTUY816811143
CPNEXTUX816811143
CPNEXTUY816211144
CPNEXTUX816211144
CPNEXTUX36243654 中间臂里滑道铰接
CPNEXTUY36243654
CPNEXTUZ36243654
CPNEXTROTX36243654
CPNEXTROTY36243654
CPNEXTUY36533713
CPNEXTUZ36533713
CPNEXTUY36553715
CPNEXTUZ36553715
CPNEXTUY36563716
CPNEXTUZ36563716
CPNEXTUY36573717
CPNEXTUZ36573717
CPNEXTUY36653725
CPNEXTUZ36653725
CPNEXTUY36663726
CPNEXTUZ36663726
CPNEXTUY36673727
CPNEXTUZ36673727
CPNEXTUY36613728
CPNEXTUZ36613728
CPNEXTUX36493669 中间臂外滑道铰接
CPNEXTUY36493669
CPNEXTUZ36493669
CPNEXTROTX36493669
CPNEXTROTY36493669
CPNEXTUY36684896
CPNEXTUZ36684896
CPNEXTUY36704898
CPNEXTUZ36704898
CPNEXTUY36714899
CPNEXTUZ36714899
CPNEXTUY36724900
CPNEXTUZ36724900
CPNEXTUY36804908
CPNEXTUZ36804908
CPNEXTUY36814909
CPNEXTUZ36814909
CPNEXTUY36824910
CPNEXTUZ36824910
CPNEXTUY36764911
CPNEXTUZ36764911
CPNEXTUX35923684 中间臂里滑道铰接
CPNEXTUY35923684
CPNEXTUZ35923684
CPNEXTROTX35923684
CPNEXTROTY35923684
CPNEXTUY36836093
CPNEXTUX36836093
CPNEXTUY36856094
CPNEXTUX36856094
CPNEXTUY36866095
CPNEXTUX36866095
CPNEXTUY36876096
CPNEXTUX36876096
CPNEXTUY36956104
CPNEXTUX36956104
CPNEXTUY36966105
CPNEXTUX36966105
CPNEXTUY36976106
CPNEXTUX36976106
CPNEXTUY36916107
CPNEXTUX36916107
CPNEXTUX36173699 中间臂外滑道铰接
CPNEXTUY36173699
CPNEXTUZ36173699
CPNEXTROTX36173699
CPNEXTROTY36173699
CPNEXTUY36986212
CPNEXTUX36986212
CPNEXTUY37006213
CPNEXTUX37006213
CPNEXTUY37016214
CPNEXTUX37016214
CPNEXTUY37026215
CPNEXTUX37026215
CPNEXTUY37106223
CPNEXTUX37106223
CPNEXTUY37116224
CPNEXTUX37116224
CPNEXTUY37126225
CPNEXTUX37126225
CPNEXTUY37066226
CPNEXTUX37066226
驱动滚筒支架耦合
CPNEXTALL165313924
CPNEXTALL167213974
加强板
ET2SHELL63 定义壳单元
R1110
A957095809883
A105701058010883
ASELS12 划分单元
ESIZE50
AATT1112
AMESHALL
A134221343213612
A139221393214112
ASELS34
ESIZE50
AATT1112
AMESHALL
A17352173871739217372
A173521738717382
A17852178871789217872
A178521788717882
A17426174221744217436
A174361744217446
A17446174421745717456
A17456174571746217466
A17926179221794217936
A179361794217946
A17946179421795717956
A17956179571796217966
A174121741017416
A17416174121743217430
A179121791017916
A17916179121793217930
A175721756217582
A180721806218082
A178921791217887
A173921741217387
ASELS520
ESIZE50
AATT1112
AMESHALL
耦合复制耦合文件夹
ET3LINK8
MPEX2210E3
MPPRXY203
MPDENS20
R127850
N20000KX(17352)+750KY(17352)31500
N20010KX(17852)+750KY(17852)31501650
N20020KX(17457)KY(17457)KZ(17457)
N20040KX(17957)KY(17957)KZ(17957)
N20020NX(1335)NY(1335)NZ(1335)
N20040NX(1514)NY(1514)NZ(1514)
MAT2
TYPE3
REAL12
E2002020000
E2004020010
EPLOT
油缸铰点耦合
CPNEXTUX20020NODE(KX(17457)KY(17457)KZ(17457))
CPNEXTUY20020NODE(KX(17457)KY(17457)KZ(17457))
CPNEXTUZ20020NODE(KX(17457)KY(17457)KZ(17457))
CPNEXTROTX20020NODE(KX(17457)KY(17457)KZ(17457))
CPNEXTROTY20020NODE(KX(17457)KY(17457)KZ(17457))
CPNEXTUX20040NODE(KX(17957)KY(17957)KZ(17957))
CPNEXTUY20040NODE(KX(17957)KY(17957)KZ(17957))
CPNEXTUZ20040NODE(KX(17957)KY(17957)KZ(17957))
CPNEXTROTX20040NODE(KX(17957)KY(17957)KZ(17957))
CPNEXTROTY20040NODE(KX(17957)KY(17957)KZ(17957))
SOLU
ACEL0980 重力环境
前臂载荷
FK10181FY2940 头部集中荷载600kg
FK11181FY2940
FK(9580992020)FY5488 面均布荷载95809860步进20逐施加
FK(105801092020)FY5488
中间臂载荷
FK(134421358220)FY837
FK(139421408220)FY837
固定臂载荷
FK(1741217912500)FY10293 面载荷
FK(174521757220)FY10293
FK(179521807220)FY10293
FK(179421806220)FY8064 行走架固定臂载荷
FK(179421806220)MX241920
FK1740217902500FY430 改滚筒
FK90509550500FY4900
加约束
DK(1735217852500)ALL
DKDELE(1735217852500)ROTZ
D(200002001010)ALL
DDELE(200002001010)ROTZ
SOLVE 运算
FINISH
附录二 外文原文
附录三 外文翻译
利响应面法复合三角桁架进行参数优化
Su Ju a RA Shenoi b Dazhi Jiang a AJ Sobey b
a国防科技学航天材料工程学院中国 长沙410073
b南安普敦学工程科学院英国南安普敦SO171BJ
摘：文根非线性结构响应约束轻质玻璃钢复合三角桁架进行参数优化通实验数值模拟复合桁架三点弯曲条件呈现出双线性特性通相关性分析评估参数复合材料桁架弯曲性影响限元分析角度四关键参数表示响应面非线性结构响应变化MATLAB优化程序组中选择植入基梯度遗传算法优化程序根相关性分析结果通MATLAB优化设计进行调整结果表明采优化设计程序桁架重量方面着非常显著改善
关键词：复合材料(PMCs)机械性限元分析(FEA)统计方法
1绪
高分子纤维复合材料够减轻结构重量优良刚度足够强度耐久性更少源消耗等特点结构应方面日益广泛[1]桁架作种效结构形式已广泛土木工程工业复合桁架结构已广泛应先进运输技术齐柏林飞艇采三角形截面轻质碳纤维复合材料桁架[2]
着制造技术发展现已够长度具相结构元素纤维利纤维缠绕工艺制造整体复合桁架种连续单纤维新类型FRP复合桁架结构称梁状晶格结构负载分布效率高跨度整体性（没关节）良刚度强度已引起广泛关注杰森等研发出种复合束状材料结构[3–5] 制造技术机械特性已研究年荷载传递路径着桁架结构单元连续单纤维FRP复合材料特适合制造具高方性单玻璃钢复合桁架复合材料定载荷传递路径满足刚度强度求高刚度强度 单玻璃钢复合材料充分应桁架中实现减轻重量目
通优化方法进步减轻玻璃钢复合桁架结构重量必须时考虑众设计变量状态变量复合材料结构优化设计件简单事情复合结构优化程序针形状简单结构特定开发结构外力响应具精确表达式[6]结构响应应力应变载荷位移优化程通常作约束条件形状载荷条件复杂工业复合结构 必须助限元分析（FEA）准确数结构采耦合优化法限元（FE）计算法帕卢赫[6]沃克史密斯[7]结合限元程序遗传算法合叠层结构腹板厚度进行优化刘陆两结合结构体系剖面标准限元分析素优化技术开发出种超轻复合桁架参数优化程序结合限元分析方法（商业FE代码）标准优化程优化程序动提取线性静力作结构响应数非线性力学作结构数限元分析时耗费时力难非线性关问题限元分析时变形量边界收敛困难网格失真优化程中导致障效率低寻求新手段便获优化程中结构响应数值
20世纪70年代中期研究员开始探索似概念作降低结构分析变量方法减轻总计算量响应曲面法（RSM）作强全局逼方法广泛设计空间里更令满意预测结构响应[9]RSM套技术包括：
(1)设计组够产生精确响应紧密关联测变量实验
(2)关模型参数猜想进行适测试确定符合(1)中数数学模型
(3)确定响应影响（）实验素优值
RSM博克斯威尔逊[10]1951首次提出初步应探讨化工程中产量组假定影响输入变量间关系博克斯事开创性工作RSM已成功应化学工程工业发展生物研究计算机模拟等领域[11]阿布奥德赫琼斯复合板点构建响应面垂直位移三弯矩分量代约束评估中限元分析方法已应复合板优化陈等[12] 响应面法阶性方法结合起计算安全指标失效概率探讨包括影响度等素变量间相关性陶
德科石川[13]新提出种获复合板屈曲载荷响应面实验方法兰兹盖沃特[14]已开发种复合加筋板响应面设计进行目标优化设计程序复合加筋板屈曲行似计算
前复合层合板加筋面板优化中采响应面法没跨度非线性结构响应复合桁架结构进行类似研究文结合标准优化方案响应面法提出种参数优化设计方法量减少玻璃钢复合桁架非线性结构响应约束重量
2优化设计框架
文结合RSM标准程序研究开发种参数优化程序优化非线性结构响应约束复杂复合结构跨度三角形截面玻璃钢复合桁架例说明提出优化程序
图1中流程图描述提出非线性结构响应复杂组合结构优化设计框架保证优化结果符合实际限元模型正式研究前必通实验验证数值结果限元模型进行必修改 直实验限元分析结果相致参数化建模建立限元模型利采样步骤相关性分析进行相关度分析探讨设计变量结构响应影响时选择实际设计变量值提供指导RSM整设计空间详收集采样点数提供足够信息构建准确响应表面模型整优化程中工作中计算提取采样点数耗时然复杂复合结构嵌入限元进行分析优化方法相然节省量时间特非线性进行分析时效果更加显著然样点构造响应面模型通结构响应模型限元分析预测两者间误差然进行评估通特定关键区域增加采样点方法提高响应面模型精度响应面模型达满意精确度然连接某标准优化程序（例MATLAB优化工具箱™ ）相较限元RSM种似方法错误避免RSM优化会导致结果接真实全局优达种精确值获终优化设计前通参相关性分析优化结果进行调整
图优化设计框图
三角形截面轻质FRP复合桁架结构时考虑作设计变量四参数：外三角形截面D构件直径D1 螺旋部件直径d2节点数N总长度L固定种复合桁架结构中着三面长度方相结构素|X|实际关心桁架结构重量W减许应中弯曲载荷跨度复合桁架结构界条件苛刻复合桁架结构三点弯曲状况界荷载条件许复合结构元件承受外部负荷 没遭受变形理想状况角度负载极限荷载Lt位移St作约束条件 减少非线性结构响应轻便玻璃钢复合桁架结构重量优化设计问题列步骤进行：
结构重量
受极限荷载位移等式约束
图二：三角形截面轻质玻璃钢复合桁架
约束：
中f目标函数写
QLQH分表示桁架结构横密度G1G2表示评价分析数值优化[16]程中设计变量结构响应[15]间关系根实际应求极限载荷位移约束LPTSPT分取允许值设计根制造工艺行性复合结构合理性分lU表示约束中界界
应文提出优化设计框图案例分析中三步骤包括：
（1）长6米断面呈三角形GF 环氧树脂轻质 玻璃钢复合桁架三点弯曲条件进行实验实验研究时进行相应限元分析实验结果数值进行较极限荷载LT相应位移ST界结构响应作循环约束优化条件确定实验结果模拟数否致通APDL（ANSYS参数化设计语言）建立限元模型进行相关性分析通相关性分析确定dnD1 D2等设计变量函数f约束性（S
TLT）关系
（2）优化循环中通分析模拟技术获（STLT）RSM构造性函数G1G2优化程中直接涉终优化设计精度关键性步中心复合设计 （CCD）方法[11]采设计数值实验 称采样样四设计变量（DND1D2）值组合整设计空间中商业限元计算软件ANSYS选取限样提取样中（STLT）样点（DND1D2）应（STLT）点G1G2建立完整二次响应面模型
图三：三点弯曲试验装置
图四：复合材料桁架三点弯曲实验中限元模型
图5复合材料桁架三点弯曲实验中荷载位移曲线
评估似模型限元分析结果间误差通G1G2预测（StLt）限元分析（StLt）进行两者间差值
（3）MATLAB优化工具箱™优化程序性函数G1G2作约束函数梯度遗传算法优化数学公式问题优化结果进行较通限元分析限制约束优化结果进行进步验证
需轻微调整形状议确保会出现合格数相关性分析中找出终完善优化设计
图6：通APDL语言进行相关性分析流程图
3 复合桁架弯曲性
31实验数值研究
三点弯曲试验中复合桁架总长度（L）6米三角形横截面外切直径（D ）348 mm 节点（N ）18直径（ d1）85mm横直径（d2）52毫米复合桁架总重量53千克构件具均密度（ρ1）2092 gcm3轴拉伸模量（E1）458 GPa竖均密度(ρ2)2099 gcm3竖拉伸模量（ E1 ）466GPa复合桁架种预浸处理强环氧树脂玻璃纤维二氨基二苯基甲烷（DDM）固化剂制造该纤维塑性2400
碱性玻璃纤维粗砂A型双酚环氧树脂CYD 128 （环氧量184194 环氧树脂）[ 18 ]中提取出复合束状结构材料中样纤维缠绕工艺已制造三角形截面复合桁架
图3示万试验机（UTM）进行三点弯曲试验复合材料桁架中间三角形截面顶点作加载点两机电千分表安装截面三角形顶点测量桁架组合中间垂直位移1mm分钟速率复合桁架试样进行加载数采集系统时记录力传感器机电千分表数
限元分析通ANSYS限元程序三点弯曲试验程进行数模拟复合桁架限元模型示意图图4示：三点弯曲实验中复合桁架具相形状（L 6 MD 348毫米N 18D1 85毫米 D2 52毫米）建模时三节点选BEAM189梁单元模拟简支边界条件四支承节点移度固定旋转非线性条件限元网格尺寸选005米
图7设计变量载荷位移曲线：（a）D（b）N（C）d1（D）D2
三点弯曲实验中复合桁架实验数模拟数值绘图5两条负载 位移曲线接方表示三点弯曲实验中该复合桁架抗弯性通限元模拟分析达足够精度通图进步出构件405N开始弯曲负载–位移曲线弹性限度（STLT）实验曲线模拟曲线
转折点两线性部分（包括直线线双线性曲线）组成第部分线性弹性定义边坡（K）KLTST图3375N毫米表示该复合桁架结构刚度线弹性面持续荷载位移快速增加轴载荷没变 化复合桁架试件达弹性极限迅速失效构件局部弯曲造成极限荷载负载略高会导致结构损坏正负载–位移曲线表明弹性区间轻质复合桁架承载力弯曲刚度作该复合材料桁架三点弯曲条件显著特征选结构优化设计响应约束
32 相关性分析
确定复合桁架终优化方案需目标约束结构设计变量进行相关性分析通常灵敏度分析重够确定设计变量改变复合结构性关联拥建立良结构模型关技术准确效进行相关性分析重[20]ANSYS中利APDL参数化建立限元模型确定设计变量（DND1D2）结构性（STLT）间作关系确保载荷点位跨中总支点数目（N）规定偶数式（8）评估参数（DND1D2）目标函数f影响初始设计选择面值：L 52米D 330毫米N 18D1 85毫米D2 54毫米实际 D取值190毫米650mmN设定1044间d1d240毫米100mm间变量着时间变化三变量保持初始值负载 位移图中种变化然单独变量出复合桁架弯曲性通APDL进行相关性分析流程图图6示设计变量三点弯曲条件复合桁架载荷位移曲线影响图七示设计变量弹性极限（STLT）结构 重量W影响关系分绘制图8图9中
图7图8示着d增加Lt增加ST降导致结构刚度K明显增加出轻质复合材料桁架结构弯曲性高度赖D复
合桁架抗弯刚度极限承载力着值改变发生明显变化保持K
值变增StLt观察N10变化44然N甚D提
图8设计变量（STLT）：(a) D (b) N (c) d1 (d) d2关系
高极限承载力Lt更加效表明外接圆直径D支点数N分整体抗弯刚度K极限荷载关键D1D24毫米10毫米时STLTK时增然D1刚度k承载极限Lt影响DN明显D1相D2增加会导致Lt增结构刚度k影响然设计变量增会结构重量W增D2增影响（见图9）
4设计约束响应面模型
优化循环约束中响应面够节省时间解决非线性限元分析中变形高度扭曲元件收敛困难问题优解决方案精度仅赖RSM性RSM性样数目选择样方法决定
响应面模型元项式模型写：
中a0aiaijaii系数xixj变量该模型包括左边右边截距线性项二次互动面方项高阶项变化线性生产模型响应曲面超面外相互作条件允许超面翘曲方项简单模型中响应面中值时求佳响应[ 11 ]三角形截面复合材料桁架G1G2构建性函数完整二次响应模型：
中aibi（i＝01214）系数通线性二法拟合样数值确定
然响应面精度取决样数收集量样增加计算成确保重区域精度前提选择合适样数提高优化程准确性非常重获足够样点拟合曲线设计数值试验中采称博克斯–威尔逊设计中央复合设计（CCD）表1参数DND1D24CCD子组成四变量变量5种数值25种组合例变量D∈[DlDu]时定样空间[DlDu]中 2 2 0 1 1代 Dl Du (Du + Dl)2 [Dl+(Du + Dl)2]2 [(Du + Dl)2 + Du]2值增加样点数量提高响应面模型精度定设计
空间(D∈[190650] N∈[10 44] d1∈[40 100] d2∈[40 100])外3子区域(D∈[200 400] N∈[12 30] d1∈[45 90] d2∈[45 90] D∈[220420] N∈[14 32] d1∈[41 60] d2∈[41 60]D∈[340560] N∈[24 42] d1∈[56 90] d2∈[56 90])获100采样点相关性分析中限元模型参数计算提取采样点（STLT）数
（DND1D2）100样集相应（STLT）通方程（10）（11）联系起运MATLAB统计工具箱™解决拟合中线性二法问题g1g2拟合系数列表2中评估响应面模型g1g2性残差（R）表示限元精确结果（y）响应面模型预测结果（Y0）间差值
图9：设计变量（a）D（b）N（c）D1（d）D2重量W影响
100通限元模拟（StLt）G1G2计算（St’Lt’）差值绘制图10少数边界采样点（样点位定设计空间边界）数G1G2预测结果具良精度优化结果中G2精度G1精度高
5优化结果
通RSM获性函数G1G2MATLAB优化工具箱中约束非线性化求解器遗传算法求解器解决非线性约束化优化问题fmincon求解器初变量函数中找标量通常称非线性约束优化遗传算法基推动生物进化程中然选择原理解决约束约束优化问题该算法首先创建机初始种群次修改种群法步骤中算法目前种群中机选择体作母体产生代断繁衍种群着优方进化满足停止准时算法停止
方程（8）中结构重量表达式W F（DND1D2）指定非线性变量化目标函数例子里允许极限荷载Ltp相应允许位移Stp分1000 N20 mm构建G1G2响应面模型时DNd1d2四参数分限分[190 mm650 mm][10 44][40 mm100 mm][40 mm100 mm]MATLAB优化工具箱™规定非线性等式约束 c非线性等式约束ceq应该形式c≦0ceq 0种情况非线性约束函数 写成：
方程（16）非线性等式约束确保N偶数
100采样点中取满足约束(St Lt) (1723 mm1098 N)点(DNd1d2) (450 mm2473 mm73 mm) 取w 957kg作结构设计重量fmincon求解器选效集法点法解决优化问题三终止准：迭代次数达设计变量超出规定函数值超出行域满足终止准停止迭代[17]参数设置默认定边界中（dnD1D2）机组合作fmincon求解器起始点通遗传算法求解需起始点遗传算法够全局优化造成结果接全局优优化结果根相关性分析中数进行修改
图10 采样点残差
通fmincon求解算法遗传算法求解优化结果选项列表3通限元模拟优化设计方式进行筛选符合（STLT）值表中列出表3中10佳结果中第八具优化结构重量4394千克时满足性约束(Stp≦20 mmLtp≧1000 N)作时优化设
计进行调整螺旋件直径D2结构重量影响已限改变图
9示结构重量会着DND1降低降低进步减轻重量满足性约束前提DND1取值改变D1相改变DN更效降低重量调整DND1时性优化设计St1978mm已足够接允许值20毫米Lt115148N远远超允许值1000N
图8出减少N会LtSt减少减少D会Lt减St增首先N2826进行调整时（StLt）（1978毫米115148N）（1763mm103389 N）变化然D39191毫米调378毫米（StLt）变（1819mm100005 N）Lt100005 N时已足够接允许极限负载1000 NDND1调整会违反设计约束(DNd1d2) (378 mm 26 861 mm 400 mm)重量4179kg结构设计作终优化结果初设计相种优化方法重量减轻56
6结
结合响应面法标准优化程序提出参数优方法已成功应非线性结构响应约束轻质玻璃钢复合材料桁架结构优化复合三角形桁架三点弯曲试验中呈现出双线性特征限元分析结果实验结果吻合参数化限元模型 进行相关性分析获取四设计变量复合材料桁架抗弯性作关系响应面方法已构造三点弯曲条件复合桁架结构功函数
实验结果表明响应面模型结构弯曲性预测具精度
优化程序中应通RSM构造性函数MATLAB中fmincon遗传算法解决优化中问题终优化设计方案相关性分析基础变量轻微调整初设计相显著减轻结构重量（56）表明合响应面法标准优化程序结合起解决非线性结构响应复杂复合结构工具
参考文献
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附录四 TDJ60060型胎带机务书
XX学
毕 业 设 计 务 书
设计题目：TDJ60060型胎带机
专 业： 机械设计制造动化
班级学号：
姓 名
指导教师：
设计期限：20XX年02月24日开始
20XX年05月30日结束
机 械 学 院
20XX年01月20日
毕业设计目
通该课题设计培养学生综合运学知识分析解决工程技术实际问题工作力巩固深化扩学生学基理基技学生机械设计综合力培养（调查研究查阅文献收集资料力理分析力确定设计方案力设计计算绘图力技术济分析组织工作力等）时培养学生创新力团队精神树立良学术思想工作作风
二容
1．研制TDJ60060型胎带机背景意义
2．TDJ60060型胎带机工作原理结构组成
3．布料臂架金属结构设计
4．布料机构皮带输送系统设计
5．布料臂架伸缩机构设计
6．料系统金属结构设计
7．料机构皮带输送系统设计
8．活动配重结构设计
9．车结构设计整车稳定性分析
10．虚拟样机设计动画演示（分组进行）
三重点研究问题
1．料系统布料系统金属结构限元计算分析
2．料机构布料机构皮带输送系统结构设计计算
3．布料臂架伸缩机构设计计算
4．活动配重车结构设计限元计算分析
5．整车稳定性分析
6．虚拟样机设计动画演示技术
四技术指标参数
1．额定输送力：220m3h
2．布料半径范围：60m
3．布料臂架仰角：+30°
4．布料臂架俯角：15°
5．回转角度(料臂架时)：360°
6．布料机带宽：600mm
7．胶带输料速度：315ms
8．臂架伸缩速度：012ms
9．底盘选越野轮胎式起重机底盘
五设计成果求
1．开题报告份
2．外文翻译篇（求翻译容设计课题关5年正式出版国外外文期刊中文献译文低2000汉字）
3．设计计算说明书份（求中英文摘中文摘500字左右正文15000字参考文献应15篇）
4．设计图纸干（求图纸工作量折合成A0图纸低25张）
5．设计成果光盘1份毕业设计总结1份
六
求严格：
1．华北水利水电学全日制科生毕业设计（文）理办法
2．华北水利水电学全日制科生毕业设计（文）格式求
附录五 开题报告
XX科生毕业设计开题报告
指导教师：XX教授 时间：20XX年3月1日
学生姓名
学号
专业
机械设计制造动化
题目名称
胎带机布料系统金属结构限元计算分析
课题源
选
容
研究背景
胎带机称移动式皮带输送机种具途种条件连续运输物料设备适输送种级配混凝土类颗粒性物料够适应种复杂形条件运量工作[1]泵送机械种益补充具连续工作输送机浇筑力设备轻输送物料快速高效等优点完成种物料常态混凝土泵送混凝土砂砾石谷物矿石煤炭水泥防洪材料等输送布料水电铁路公路机场桥梁工程场馆船坞码头等建设浇注物流中发挥极作[2]
胎带机国外研究现状
目前胎带机水电工程建筑工程矿山工程等领域应美国罗泰克公司生产CC系列德国普茨迈斯特公司生产TB系列胎带机两公司产品结构原理基致中罗泰克产品通化水高研发投放全球市场系列产品中CC200．24型胎带机应广泛
国早三峡期导流工程中引进美国罗泰克公司生产CC系列胎带机德国普茨迈斯特公司TB系列胎带机三峡工程作出益贡献美国罗泰克公司生产CC系列胎带机工程机械底盘基础部桁架结构型式布料系统[3]布料半径60m总价2600万元1999年三峡葛洲坝公司作重点施工设备进口德国普茨迈斯特公司TBl05(32米)车载混凝土输送设备三峡坝水利工程建设该车型重型卡车底盘基础部3节～5节伸缩臂架伸缩臂架采高强度铝合金板材布料半径40m整机造价约1500万元该产品输送效率高工作方便济确保工程质量进度取良社会济效益
国企业胎带机研究起步较晚三重工研发生产TSD32型伸缩式皮带输送机率先研制成功开启胎带机国产化门中联重科青岛锐尔凯机械限公司河南焦作科瑞森机械限公司等企业水利水电八局河南理工学等科研单位均进行深入研究
国初引进国外设备型工程中实际应设计分析进行研究[4]年研究成果胎带机伸缩臂架结构设计伸缩驱动机构设计胶带缠绕方式伸缩驱动装置设计等伸缩机构方面设计说国胎带机设备研发工作刚刚起步国目前已应水利水电施工现场水电八局常德机械厂生产采行式履带底盘作基础布料臂架采桁架结构型式布料半径40m整机造价300万元BLJ600．40型带式混凝土布料机三重工研发行式汽车底盘基础部采伸缩布料输送机伸缩臂架采高强度铝合金板材布料距离32m造价370万TSD32伸缩式皮带输送车
总体国工程机械生产厂家设计单位伸缩皮带输送机研究取初步成效整体水落欧美发达国家整体结构设计功完备系统性方面国外相差距核心液压件赖进口着国家水利工程建设力度加胎带机发展带难机遇
研究容
胎带机布料系统料系统车系统底盘系统液压电气控制系统等组成[5]布料系统臂架( 桁架式节伸缩臂结构复杂工况繁杂边界条件稳定胎带机重承载部件[6])伸缩机构布料皮带输送系统变幅油缸等组成系统工作时两节节臂架通钢丝绳运动实现直线伸缩通变幅油缸作实现变幅运动料系统臂架般设计桁架结构料布料皮带均设计环形皮带结构驱动装置电动滚筒
次设计容胎带机布料系统金属臂架计算分析布料臂架胎带机关键部件属典型悬臂结构设计合理否直接关系胎带机整设备安全运行设计求布料臂架桁架结构合理工艺简便整台设备短距离移动作业范围设备远距离转场时运输拆装调试方便 布料臂架金属结构设计布料系统基础臂中间臂前臂组成三节伸缩金属臂架结构进行设计分析优先进行单节臂架计算分析校核
查阅相关资料分析种伸缩臂架臂架采桁架式布臂架结构复杂工况繁杂边界条件稳定胎带机重承载部件保证设计分析研究应力应变等规律显极重[7]助ANSYS限元分析软件进行辅助设计简化设计流程精确设计结果节省设计时间ANSYS分析结果计算数进行修正
研究意义
通课题布料臂架金属结构进行全面系统计算分析研究更方便解设计流程掌握必机械设计辅助软件解型机械设计原理增长实际验事工作提供帮助设计流程中启发学工作启迪
采取技术路线方法
通互联网技术毕业实环节收集胎带机类似机构结构组成工作原理资料解结构组成工作原理收集桁架结构计算方法已50m胎带机资料基础进步模拟设计60m胎带机布料臂架手算基础初步确定桁架截距宽高等基尺寸运限元分析软件ANSYS进行简单校核分析
采ANSYS限元软件布料臂架进行参数化建模单节臂架单工况条件进行限元计算完成金属结构强度刚度校核根分析结果分析桁架否需进行局部加强添加加劲肋类措施保证设计结果安全
保证结果准确性先根已50m胎带机布料臂架尺寸建立50m布料臂架金属桁架结构模型进行分析熟悉设计流程掌握基方法尤参数化建模网格划分施加载荷方法60m胎带机布料系统金属桁架结构设计更加畅
ANSYS软件进行限元分析简单流程：
（1）分析布料臂架结构进行适量简化处理结构荷载进行参数化处理
（2）根零部件位置基APDL 参数化语言建立节布料臂架限元模型划分网格
（3）处理荷载边界条件限元模型计算结果进行综合分析校核桁架强度分析桁架受力变形状况桁架尺寸修改优化奠定基础
臂架进行限元结构分析时根实际工况（实际工况复杂考虑风载物料重等种素）仅考虑臂架俯仰考虑臂架伸缩涉计算工作工况较时间实际力限导师指导进行单工况臂架分析进行耦合整体臂架全工况分析通单工况分析优化提供参考鉴
预期成果形式
1开题报告份
2专业外文翻译篇
2胎带机布料系统金属臂架毕业设计说明书
3胎带机布料系统金属缩臂架图纸
4设计成果光盘张
时间安排
第12周：
⑴查阅关牵胎带机设计资料掌握胎带机工作原理结构组成
⑵熟悉计算机绘图理技巧达独立正确绘制般复杂程度零件图
⑶熟悉计算机Word文档较熟练进行文字公式处理
⑷部分学够限元软件金属结构进行计算分析
第34周：
毕业实完成开题报告（文献综述）外文翻译容
第5周：
确定胎带机总体设计方案
（1）阐述课题工程背景意义
（2）胎带机工作原理结构组成
第6~8周：
布料系统设计计算（含臂架伸缩机构布料输送系统支撑装置等）
第9~12周：图纸设计等
第13周：
⑴完善设计图纸
⑵整理装订设计计算说明书
⑶准备答辩
第14周：
毕业答辩
指导教师意见
签 名：
年 月 日
备注
参考文献
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XX学
North China University of Water Resources and Electric Power
毕 业 文
题目 TDJ60060型胎带机
布料臂架伸缩机构设计
学 院 机械学院
专 业 机械设计制造动化
姓 名
学 号
指导教师
完成时间 20XX年X月X日
教务处制
目录
中文摘 I
Abstract III
第章 绪 1
11课题研究背景 1
12胎带机机国外应研究概况 2
13胎带机结构组成 4
14容研究容 6
141胎带机设计技术指标 6
142课题研究容 7
143研究难点 8
144文研究技术方案 8
15章结 9
第二章 布料臂架整体方案设计计算 10
21布料臂架结构简介 10
22型材选 11
23臂架间支承装置 12
241 确定布料臂架长度 14
242确定布料臂架高度 15
243 布料臂架尺寸参数 15
25 胎带机作业环境材料性 16
251 胎带机作业环境 16
252 材料性参数 16
26 前臂应力计算 17
27 中间臂应力计算 19
28基础臂应力计算 21
29 章结 23
第三章 布料臂架ANSYS限元分析 24
31 限元软件基APDL 结构模型参数化技术 24
311 ANSYS软件简介 24
312 APDL 参数化建模方法简介 25
313 布料臂架限元模型建立载荷边界条件处理 25
32 前臂架ANSYS限元分析 27
33 中间臂架ANSYS限元分析 35
34 基础臂架ANSYS限元分析 38
35 布料臂架ANSYS整体分析 42
351布料臂架整体应力变形 42
352 油缸铰接点支座反力 47
353布料臂架引起倾翻力矩 48
36 章结 49
第四章 总结展 50
参考文献 51
致谢 53
附录 54
附录 ANSYS命令流程序 54
附录二 外文原文 65
附录三 外文翻译 66
附录四 TDJ60060型胎带机务书 84
附录五 开题报告 87
TDJ60060型胎带机布料臂架金属结构设计
中文摘
胎带机车载伸缩式皮带机种具途移动式种条件连续运输物料设备具机动性强输送量输送种物料特点胎带机仅结构简单维护方便工作性稳定噪音燃料消耗少环境污染维护成低廉够集中控制工作动化实现胎带机便理维护持续装载条件进行连续工作胎带机电力化工冶金港口煤炭矿山等行业中着极广泛应
胎带机体结构布料系统料系统回转机构变幅机构活动配重底盘等部分组成中布料系统核心工作机构布料系统伸缩臂架伸缩驱动装置滚筒输送带托辊等组成关键部件伸缩臂架驱动装置组成伸缩机构胎带机通伸缩机构定范围持续改变输送距离适应施工求
次设计重点布料系统金属结构分析布料系统臂架进行受力分析采ANSYS软件进行辅助分析分析臂架完全伸出工况便确定合理臂架结构设计臂架时求已确定输送距离（次设计60m）科学合理确定三节臂架长度设计时量三节臂取值接量减臂架完全缩回时长度便伸缩行程化达长输送距离工作区域面积
关键词 胎带机 布料系统 限元分析金属结构分析
METAL STRUCTURE OF THE CLOTH SYSTEM’S TDJ60060 VEHICLE MOUNTED TELESCOPICBEIT CONVEYOR
Abstract
The vehiclemounted telescopic belt conveyor is a portable and multipurpose equipment that cRn transport material continuously under various conditions．Its feature is simple structure stable running reliable operation low energy consumption less pollution easy centralized control and automation and management and easy maintenance and continuous load conditions can be achieved continuous transportso it is widely used for electric power chemical metallurgy ports coal mining and other industries
The main structure of the belt conveyor is composed of several parts of the jib scalable system the fabric tape conveyor system the slewing mechanism the luffing mechanism which the jib scalable system is the core institution Boom telescopic system is composed of the composition of the telescopic boom telescopic drives rollers conveyor and roller the key components of telescopic boom is the telescoping composed of telescopic boom and the drive equipment the transport distance within a certain range of continuous change can be achieved by telescoping
The focus of my design is the metal structure analysis of the material conveying system mainly to analysis stress of the boom of the material conveying system ANSYS software assisted analysis main analysis of the conditions when the arms is fully extended and slowly retracted in order to determine a reasonable boom structure When design the boom we are required to design the three boom reasonable length by the given maximum transport distance to minimize the length of the boom fully retracted in order to obtain the maximum telescopic travel and maximum transport distances and the largest area
Key Words vehiclemounted telescopic belt conveyor：Cloth systemfinite element calculation Analysis of metal structures
第章 绪
11课题研究背景
文课题2014届华北水利水电学机械学院机械设计制造动化专业毕业设计课题课题已完成50m胎带机设计资料进行60m胎带机设计计算
胎带机称车载式皮带输送机种集混凝土输送布料体专作业车辆胎带机仅安装方便机动性强混凝土浇筑强度布料均匀种机动性强输送量效率高布料输送设备胎带机仅够输送种级配混凝土类颗粒性物料够适应种复杂形条件[1]够条件连续运输物料国工程中混凝土输送水电坝涵洞建设等工程中较受欢迎
胎带机输送石头沙子混凝土等物料然混凝土泵车功较单够泵送混凝土材料外胎带机非常快位置移位置实现点布料胎带机具输送种物料混凝土砂砾石谷物矿石煤炭水泥粮食等功矿山水利水电机场码头桥梁等型工程中高强度混凝土浇筑中着广泛应[2]胎带机仅维护方便工作性稳定噪音燃料消耗少维护成低廉具极市场潜力
胎带机泵送机械种益补充种混凝土输送泵配套新型施工机械胎带机仅极提高输送混凝土等浇筑物速度够效扩输送物料距离长长机械手非常灵巧混凝土面输送施工面需浇注部位进行持续浇注浇筑效果布料均匀解决混凝土等浇筑物水垂直输送摊铺等问题
目前国胎带机设计制造厂家投入应屈指数设计制造尚处起步阶段着国国民济建设快速发展断交通运输工程型水利工程房产建设等国家基础建设工程开工投入建设项目增混凝土需求量输送量产生巨需求众项目开工建设胎带机带难发展机遇
12胎带机机国外应研究概况
胎带机采PLC控制技术开式输送仅安装方便机动性强浇筑强度布料均匀输送速度会受骨料影响工作种复杂形条件国外广[3]国外胎带机发展路径相中国胎带机率先启动水利水电施工领域浪底三峡龙滩等国型水电工程建设中胎带机较应发展趋势逐渐领域扩散
目前国外诸工程建设领域美国罗泰克公司生产Creter Crane德国普茨迈斯特公司生产Telebelt胎带机应户评价极高两家公司胎带机结构原理基类似中罗泰克产品通化水高研发投放全球市场系列产品中CC200—24型胎带机应广泛[4]胎带机推市场年研发改进已发展种类型设备底盘类型分三类：第类标准汽车底盘类产品普茨迈斯特公司Telebelt第二类汽车起重机底盘美国罗泰克公司CC型胎带机第三类履带式起重机底盘中国水利水电第八工程局设计制造BLJ600型带式混凝土布料机现胎带机领域标准汽车底盘产品市场流
美国罗泰克公司生产CC200－24（图12—1示）胎带机仓贮工方量混凝土布料输送CC200－24胎带机1节料皮带3节伸缩布料臂架1台起重机底盘组成普茨迈斯特Telebelt该机仅浇注覆盖面广浇注强度高工程适应范围更加广泛高坝混凝土浇注具独特优势然重施工现场进行转场移位时灵活性远Telebelt施工现场工况求远高TelebeIt
图121美国罗泰克轮胎式胎带机
普茨迈斯特公司Telebelt（图122 示）系列前机型TB80TB105TB110TB130中TB130拥5节伸缩臂架施工距离达38m该系列中机型第4节臂架采性优越高强度铝合金材料第3节第4节臂架够实现步伸缩特殊液压伸缩支腿狭窄场条件实现快速架设该公司推出TB110型胎带机支腿伸缩方式皮带材料作优化伸缩支腿采旋出进行液压顶升蝴蝶式设计方案[5]便维护TB系列产品伸缩臂架零件具良通性工中够便定位输送机采液压驱动TB110够伸缩式输送带作输料带原输料带成卸料带具实现反输送功该功通常转移废料卸车易进入工时透反输送功轻易物料装载卸车
图122 德国普茨迈斯特车载伸缩式皮带机
国初引进国外设备型工程中实际应设计分析进行研究年研究成果胎带机伸缩臂架结构设计伸缩驱动机构设计胶带缠绕方式伸缩驱动装置设计等伸缩机构方面设计说国胎带机设备研发工作刚刚起步[5]国关车载伸缩皮带机(简称胎带机)研究起步较晚2006年TSD32伸缩式皮带输送机（图123示）三重工股份限公司研发国首创车型破进口产品统天局面中联重科水利水电八局河南理工学等企业科研单位均进行深入研究国目前已应水利水电施工现场水电八局常德机械厂生产BLJ600型带式混凝土布料机（图124示）三重工TSD32伸缩式皮带输送车[6]三重工TSD32伸缩式皮带输送车行式汽车底盘基础部采伸缩布料输送机伸缩臂架采高强度铝合金板材布料距离32m
图123三重工TSD32伸缩式皮带输送机
图124制安分局中水重工分公司研发生产BLJ600－60型履带式液压布料机
2013年3月28日中午湘江航电综合枢纽工程制安分局中水重工分公司研发生产国首60米BLJ600－60型履带式液压布料机[8]成功完成首次混凝土布料布料机采白行式履带底盘作基础布料臂架采桁架结构型式布料半径60m采履带式够轻松驰骋施工现场复杂形适面广应输送种级配混凝土类颗粒性物料
总体国胎带机研究然达定水整体设计水欧美发达国家存差距尤胎带机整体结构设计功完备系统性方面国外差距尤明显核心液压件赖进口着国科学技术进步济建设断发展国科研水定会新台阶胎带机研发定会日趋完善
13胎带机结构组成
胎带机结构组成汽车起重机相似(图131示)布料系统料系统车回转系统底盘辅相应控制系统构成[9]中布料系统整机核心工作部件胎带机伸缩机构定范围连续改变物料输送范围
图131 胎带机结构简图
回转机构变幅液压缸铰接布料系统基础臂尾部布料臂架两节节臂架回转机构变幅机构作钢丝绳伸缩实现直线运动水回转范围达360垂直方15～+30范围断灵活改变布料倾角扩工作范围便适应种施工条件
料系统臂架般采桁架结构设计料系统布料系统皮带均采环形皮带电动滚筒作驱动装置成熟工程机械起重机重型卡车底盘作胎带机底盘支撑车系统保证整车稳定性执行机构液压电气控制系统等控制设备实现精确工作
布料系统装电动滚筒输送带改滚筒托辊张紧装置清扫器防偏装置料斗溜电气控制系统安全装置输送带缠绕方式图132示
图132布料机构输送带缠绕方式
布料臂架伸缩机构带减速器液压马达驱动滚筒动滚筒滑轮组钢丝绳绳端固定装置等结构组成该布料臂架伸缩行程26m60m较求量减轻重宜采齿轮齿条方式者液压缸方式驱动该布料臂架伸缩目前均采钢丝绳驱动方式设计方案钢丝绳作伸缩牵引构件
伸缩原理：通驱动装置动轮转动进钢丝绳段长度发生
变化致中间臂架回移动实现中间臂架伸缩：中间臂架伸缩
会钢丝绳段长度发生变化前臂发生伸缩运动实现整臂架伸长收缩运动
图133 布料臂架伸缩机构结构组成
图134 布料臂架伸缩机构钢丝绳缠绕方式
回转机构回转支承装置回转驱动机构组成回转支承装置采滚动轴承式具结构紧凑工作稳安全装配维护简单回转阻力等特点
底盘采轮胎式起重机底盘车轮车架伸缩支腿等结构组成胎带机车系统架装底盘时车系统设置活动配重系统确保胎带机够稳定作业防止胎带机运行程中发生倾翻
14容研究容
141胎带机设计技术指标
胎带机技术参数见表1411
表1411 胎带机技术参数
序 号
名 称
技术参数
备 注
1
额定输送力
220m3h
理输送力227 m3h
2
布料半径范围
26～60m
3
布料高度范围
+27m～11m
含2m溜
4
布料臂架仰角
+30°
5
布料臂架俯角
15°
6
回转角度
360°
料臂架时
7
布料臂架回转角度范围
30°～30°
正常作业时
8
布料机带宽
600mm
9
胶带输料速度
315ms
10
臂架伸缩速度
012ms
11
臂架伸缩驱动功率
22kW
12
布料料额定功率
30kW
13
输送混凝土骨料
≤15°时150mm
14
输送混凝土骨料
≤20°时80mm
15
输送混凝土骨料
≤25°时40mm
142课题研究容
文TDJ60600型车载伸缩式皮带机(布料半径范围60m布料机带宽
600mm胎带机)研究象负责布料系统臂架金属结构设计计算
布料臂架布料系统关键部件结构形式属悬臂结构仅结构复杂工况繁杂边界条件稳定布料系统重承载部件[10]保证设计分析研究应力应变等规律显极重[11]设计合理否会直接影响整设备运行安全性性设计求布料臂架重量结构紧凑制造工艺简便工作范围广远距离运输时安装调试方便 布料臂架金属结构设计布料系统基础臂中间臂前臂组成三节伸缩金属臂架结构进行设计分析优先进行单节臂架计算分析校核
图1421 布料金属臂架简图
143研究难点
①样已参数较快速准确估算出布料系统倾翻力矩等相关联机构作出选型设计计算
②布料系统金属臂架限元分析进行参数化处理限元计算较快满足求
③确定初步方案做样调整更加
144文研究技术方案
运ANSYS限元软件布料臂架进行参数化建模单节臂架单工况条件进行限元分析利计算机校核金属臂架强度刚度根分析结果分析桁架否需进行局部加强添加加劲肋类措施保证设计结果安全
保证结果准确性先根已50m胎带机布料臂架尺寸建立50m布料臂架金属桁架结构模型进行分析熟悉设计流程掌握基方法尤参数化建模网格划分施加载荷方法60m胎带机布料系统金属桁架结构设计更加畅
ANSYS软件进行限元分析简单流程[8]：
（1）分析布料臂架结构进行适量简化处理结构荷载进行参数化处理
（2）根零部件位置基APDL 参数化语言建立节布料臂架限元模型划分网格
（3）处理荷载边界条件限元模型计算结果进行综合分析校核桁架强度分析桁架受力变形状况桁架尺寸修改优化奠定基础
臂架进行限元结构分析时根实际工况（实际工况复杂考虑风载物料重等种素）仅考虑臂架俯仰考虑臂架伸缩涉计算工作工况较时间实际力限导师指导进行单工况臂架分析
进行整体臂架全工况分析通单工况分析优化提供参考鉴
15章结
章介绍课题源研究背景汇总胎带机发展应国外研究现状阐述胎带机整体结构组成途确定文研究容研究难点采取技术路线时阐明该文研究目研究意义章提供整体设计模型
第二章 布料臂架整体方案设计计算
21布料臂架结构简介
布料臂架典型悬臂结构胎带机关键部件设计合理否直接影响胎带机整设备运行安全性性布料臂架三节伸缩式桁架结构组成分称基础臂中间臂前臂中中间臂前臂伸缩整体结构桁架结构腹杆数节点数少采应广泛字式腹杆体系减载荷应力方加竖杆图211示
1 前臂 2 中间臂 3 基础臂 4 伸缩机构 5 变幅油缸
图211 布料臂架结构简图
伸缩臂架三节嵌套起臂架组成断面结构图221示
1 节臂架 2 中间节臂架 3 基础节臂架 4 支承滑道
图212伸缩臂架截面图
基础臂架尾部底盘回转机构变幅机构铰接伸缩臂架属两级伸缩结构嵌套里面两节臂架抽屉般拉出缩回扩伸缩行程改变布料臂架输送长度正价增加布料半径
22型材选
整布料臂架属型悬臂结构完全伸出时悬臂长度达60 m进行结构设计时应考虑材料刚度强度素外应减轻臂架身重量然材料济性考虑钢材选基原：结构满足安全需求工作前提节约钢材降低成选钢材程中应综合考虑种素市场供应情况结构重性荷载特征连接方法工作环境钢材厚度设计时应特注意厚度钢材轧制压缩厚度钢材相强度较差塑性击韧性焊接性较差焊接结构化学成分机械性求较高
整臂架悬臂结构然基础臂伸缩油缸卷筒支架保证衡钢材选时考虑量减轻重免受力分析时保证整悬臂稳定设计时考虑保证刚度目前数布料臂架设计方案采材焊接构成弦杆高强度方形钢满足支承滑动方面结构设计需腹杆圆型钢考虑伸缩程中托辊运动弦面样采圆形钢材料作托辊横梁兼作水腹杆
布料臂架截面型式尺寸材型号图322示
图221布料臂架截面型式尺寸材型号
整臂架选材：
前臂：弦杆采□80×80×6GBT30942000冷拔缝等壁厚方型钢材料390DGBT15911994（高强度低合金钢）屈服极限390MPa腹杆Φ48×5GBT173951998缝钢材料45GBT81621999屈服极限335MPa前臂头部支架采□70×50×6GBT30942000冷拔缝等壁厚矩形钢材料Q235DGBT7002006屈服极限235MPa
中间臂：弦杆采□110×110×8GBT30942000冷拔缝等壁厚方型钢材料390DGBT15911994（高强度低合金钢）屈服极限390MPa腹杆Φ48×5GBT173951998（横）Φ60×7GBT173951998（竖）缝钢材料45GBT81621999屈服极限335MPa加强板材料Q345DGBT81621999屈服极限345MPa
基础臂：弦杆采□120×80×10GBT30942000冷拔缝等壁厚矩形钢材料Q390DGBT15911994（高强度低合金钢）屈服极限390MPa腹杆Φ48×5GBT173951998（横）Φ60×7GBT173951998（竖）缝钢材料45GBT81621999屈服极限335MPa加强板材料Q345DGBT81621999屈服极限345MPa
23臂架间支承装置
中间臂架前臂架进行伸缩运动布料臂架设计需支承滚轮支承滑道实际设计时采滚轮支承方案采支承滑道设计会更优势输送机臂架重会支承载荷较相运动速度较低(2～4 m／min)处果采滚动轴承方案设计会布料系统整体体积重量增加支承滚轮效减轻臂架重量整体结构布置容易达
伸缩程中前臂中间臂运动运动程中臂架间存相互作力基础臂架中间臂架水横撑安装支撑滑道伸缩程中分支撑前臂中间臂基础臂架头部弦杆顶端安装V型滑道臂架较长伸缩行程较间隔两腹杆安装支撑滑道保证臂架伸缩程中稳定工作保证中间臂架前臂架缩回程中会受皮带钢丝绳拉力层臂架头部撅起基础臂中间臂弦杆横撑安装
压板V型滑道压板布置臂架前面节距布置滑道防止前臂中间臂完全伸出臂架尾部抬起限制运动方[12]
图231示支承滑道采V形槽结构滑道绕销轴±5范围摆动够适应臂架种工况轻度变形安装中部滑道摆动轴偏置(图231)嵌套臂架前面伸出时身重力作V形槽会动前方摆动嵌套臂架方缩回时够准确滑入V形槽机构进入正常工作状态V型滑道偏置结构够效解决臂架受力变形运动方发生偏斜等原布料臂架法准确进入V形槽问题[12]
图231V形支承滑道
布料臂架滑道结构型式图326示
图232布料臂架滑道结构形式
已50米胎带机数材料滑道数：
中间臂滑道取长度05m滑道取长度08m
基础臂滑道取长度08m基础臂滑道取长度08m
中间臂偏心滑道长度取05m基础臂偏心滑道长度取05m
24确定布料臂架尺寸
241 确定布料臂架长度
设计时般定输送距离般求三节臂架长度设计济规范减缩回时布料臂架长度布料臂架合理设计长度够减轻臂架质量输送距离获伸缩行程扩布料施工区域
图321示布料臂架全部伸展开时长度臂架完全缩回长度取决基础臂长度定值三节臂架取值应该量似三节臂架完全伸出时搭接部分长度保证布料臂架展开长度短关键
图2411 伸缩臂架示意图
外确定搭接长度需综合考虑结构设计构件位置安排改滚筒伸缩驱动钢丝绳滑轮等
搭接时通常搭接长度应该短便臂架轻量化搭接部分短会反力增引起吊臂搭接部分局部失稳时会增吊臂间隙变形布料臂架强度刚度确定搭接长度必须考虑果搭接长度短强度刚度满足结构求太长会增加伸缩行程浪费材料增加重量选择搭接长度时般根实际验优化设计定搭接长度般取伸缩臂外伸部分步伸缩14—15（吊臂较长者取者较短者取前者步伸缩者取者）处步伸缩取15
根三节臂长度似原已50m胎带机臂架尺寸确定60m三节
臂：前臂长度：22660mm中间臂长度21790mm基础臂长度23650mm
布料臂架完全展开时中间臂基础臂搭接长度约4080mm前臂中间臂搭接长度约4200mm
242确定布料臂架高度
根布料臂架结构布局皮带输送机结构特点臂架高度：
基础臂高度>>驱动滚筒直径+改滚筒直径+托辊高度929
中间臂高度>>改滚筒直径+托辊高度299
前臂高度>>改滚筒直径+托辊高度257
截面尺寸验值加带宽400mm进行确定考虑前臂端部受力较参考50m胎带机布料臂架高度取60m 胎带机布料臂架高度：基础臂高度1800mm中间臂高度1350mm前臂高度750mm
243 布料臂架尺寸参数
前臂结构型式长度方尺寸图2431示
图2431 前臂尺寸
中间臂结构型式长度方尺寸图2432示
图2432 前臂尺寸
基础臂结构型式长度方尺寸图2433示
2433基础臂尺寸
前臂重量约1950kg中间臂重量约3520kg基础臂重量约4190kg
次设计中布料臂架安全装置布置：
① 保证机构够稳安全运行时停动开启运转机构均设置制动器
②臂架伸缩机构中设置限位开关通限位开关控制臂架俯仰角范围臂架伸缩长度防止发生臂架超范围工作引发安全事
③布料系统料斗处设置超负荷限制器卸料斗方出料口处通快速接头溜联接
25 胎带机作业环境材料性
251 胎带机作业环境
(1)工作场温度：20℃~40℃
(2)施工时风力≤5级然求停止作业臂架完全收回
(3)作业环境必须易燃易爆毒等危险品腐蚀性气体
252 材料性参数
金属臂架弦杆Q390D矩形钢侧杆45圆钢泊松03弹性模量密度重力加速度取
安全系数n取133材料许应力：
起重机设计规范[16]臂架全伸展开端部许刚度：
(41)
式中 ——臂长
次设计臂架全伸开时臂架长度60m
臂架端部许刚度值：
26 前臂应力计算
简化受力模型时整前臂架成根压弯梁进行应力计算弦杆承受弯矩部两接触位置距离较滑道支撑成两支点考虑前臂架结构示意图计算身米载荷前臂身质量1950kg图示计算出前臂身米载荷采质量总长度计算公式出计算结果长度计算时端部折合值难免误差：
前臂身载荷物料载荷50kgm附加载荷50kgm前臂受载荷：
N·m
图261前臂架受力结构示意图
中
受力分析图清晰前臂受均布载荷头部集中力前臂中间臂接触支反力
前臂头部受力：
F＝600kg×98＝5880N
根受力分析列列衡方程：
X轴衡：
B点列弯矩衡方程：
求：
AD两端点受弯矩0
B点受弯矩：
N·m
C点受弯矩：
N·m
前臂弯矩图图示
图262前臂受力弯矩图
前面述前臂钢材选知：
前臂方钢截面积：
惯性矩：
数算出前臂偏心距：
Ιz＝4×（163＋1776×40²）＝114316cm4
算出前臂受应力：
140MPa
前臂钢架选材Q390钢许应力该设计满足强度设计值
27 中间臂应力计算
中间臂架梁弦杆旧采高强度方钢采圆形钢（局部加强处采方钢）中间臂架质量3520kg计算出中间臂身米载荷采质量总长度计算公式出计算结果：（长度计算时端部折合值难免误差）
Nm
中间臂身载荷物料载荷50kgm附加载荷50kgm中间臂受载荷
＝1600＋50×98＋50×98
＝2580Nm
中间臂架受力分析图图示：
图271中间臂架受力分析图
中
受力分析图清晰中间臂受均布载荷前臂施加支反力
力矩中间臂基础臂接触支反力
面前臂计算结果知道支反力：
根受力分析列列衡方程：
X轴衡：
K点列弯矩衡方程：
求：
P端点点受弯矩：
N·m
K点受弯矩：
N·m
中间臂弯矩图图示：
图272中间臂弯矩图
中间臂方钢截面积：
惯性矩：
数算出前臂偏心距：
Ιz＝4×（56946＋40×55²）＝39722184cm4
算出前臂受应力：
25739MPa
中间臂架钢架选材Q390钢许应力该设计满足强度设计值
28基础臂应力计算
基础臂架梁弦杆采高强度方钢采圆形钢（局部加强处采方钢）基础臂架质量4190kg计算出基础臂米载荷采质量总长度计算公式长度计算时端部折合值难免误差：
Nm
中间臂身载荷物料载荷50kgm附加载荷50kgm基础臂臂受均布载荷：
＝17853＋50×98＋50×98＝27653Nm
基础臂受力分析图图示：
图281基础臂受力图
受力分析图清晰基础臂受均布载荷中间臂臂施加支反力力矩油缸铰支座支反力角度基础臂铰支点竖直方距离1600mm mm
面受力分析图知设铰支端受水方力Fx受垂直方力Fy方面固定臂架受力分析图示
铰支端列衡方程：
X轴衡： Fx－＝0
Y轴衡： Fy＋－F3－q＝0
铰支端弯矩衡：
＝0
面中间臂计算结果知道支反力：
N·m
综解：
Fx＝821N Fy＝－655N
F2＝N
计算固定臂架点弯矩：
B端弯矩等中间臂传递弯矩：
MB＝N·m
受力点处弯矩：
＝
＝N·m
基础臂支架铰接处A点弯矩：0
基础臂架弯矩图示
图282基础臂架弯矩图
基础臂方钢截面积：
惯性矩：
数算出前臂偏心距：
Ιz＝4×（652＋36×60²）＝521008cm4
算出前臂受应力：
27616MPa
基础钢架选材Q390钢许应力该设计满足强度设计值
29 章结
章容介绍布料臂架基组成工作原理设计程中特注意方进行较详细介绍确定布料臂架型材尺寸结构形式布料臂架进行基础分析分简单计算布料臂架3节臂应力章ANSYS限元分析提供基数
第三章 布料臂架ANSYS限元分析
31 限元软件基APDL 结构模型参数化技术
311 ANSYS软件简介
ANSYS软件美国ANSYS公司研制开发英文界面型通限元分析（FEA)软件（暂时没中文版面世）年完善已成业界流行分析软件全球数增长快CAE软件ANSYS软件物理场耦合分析功成CAE软件应流限元软件领域占重位世界工业领域广泛接受[13]历年FEA评中名列前茅现中国数科研院校采ANSYS软件进行限元分析者作标准教学软件
ANSYS软件结构热声流体电磁场等学科进行分析研究核工业机械制造源电子日家电土木工程轨道运输石油化工航空航天等领域着广泛应[14]ANSYS功全面分析力强操作简便够导入PROEAuto CADNASTRANALGORIDEAS等数CAD软件数操作系统运行
ANSYS软件图形界面GUI操作方式限元分析程中命令流语言命令流语言通性ANSYS版中运行利ANSYS软件够减少设计周期降低施工成够极提高设计水利行业竞争力提升着计算机技术发展设计理断优化采计算机辅助工程分析技术(CAE)势趋
ANSYS静力分析适外载荷作力变形应力求解静力分析针惯性问题者阻尼较会整体结构产生较显著影响时求解分析研究象静载荷结构响应研究结构外力作变形位移等变化静力分析够处理位移外部作力（压力重力等）温度载荷（温度应变）流载荷（核膨胀）等载荷
ANSYS程序静力分析分线性静力分析（线弹性分析）非线性静力分析非线性静力分析较复杂涉塑性应力钢化变形蠕变接触分析超弹性分析等
312 APDL 参数化建模方法简介
APDL ANSYS 带类似FORTRAN 解释性编程语言通APDL够定义种参数提取意象数完成基数值运算进行流程控制调函数实现文件输入输出等较复杂型机械装备进行限元分析时APDL语言设定载荷分布状况模型网格参数等通参数化建模进行许通性强工程分析完成适应网格划分优化设计重前提
布料臂架进行限元分析程中实现建模运算参数化模型数进行统定义布料臂架特征（长宽高) 预先进行统设定材料特性参数弹性模量E泊松γ进行定义梁截面尺寸样式进行统编号划分网格时命令流直接调截面编号模型进行网格划分设定网格密度赋予单元属性进行参数化设定优点修改时非常方便程序规范简单明避免重复操作缩短设计时间
模型建立量接实际简单典型够较客观反映出臂架应力应变重等参数[9]利APDL建立布料臂架尺寸模型定义种材料属性梁单元截面属性保证建立模型接实际工况求
利ANSYS布料臂架进行结构分析基步骤：利APDL语言布料臂架单元属性载荷分布状况进行设定调ANSYS 求解器整臂架进行分析建立处理流程输出数图形
313 布料臂架限元模型建立载荷边界条件处理
布料臂架包括弦杆腹杆加强筋板等构件彼间通焊接螺纹连接等形式组合起限元分析中构件间焊接螺纹连接成高强度梁连接处理前臂中间臂中间臂前臂搭接处滑道臂架间接触梁单元接触进行设定（滑道取梁单元）根布料臂架结构受力特点布料臂架构件设定梁杆壳等限元单元分析单元类型赋予力学素单元连接构刚架模型[9]图2 51示( 坐标原点基础臂尾部中心点 x 轴表示臂架长度方 y 轴表示臂架高度方 z 轴表示臂架宽度方)
图 3131 伸缩臂架限元模型正视图
公边界单元间会出现协调情况会造成求解时传递适载荷保证分析结果准确必须保证搭接公部分单元间具相度
布料臂架承受载荷较复杂施工环境着关联风力路面坡度等风载条件布料臂架三节臂全部完全伸展开工况进行限元分析考虑臂架身重量臂架输送混凝土等物料重量安装臂架种托辊驱动卷筒等部件附加载荷布料臂架工况复杂伸缩程臂架间力相互作载荷分布发生变化布料臂架铰接驱动滚筒支架伸缩油缸约束条件会布料臂架伸缩发生变化布料臂架载荷分布状况约束图252表示中A处铰支座表示布料臂架驱动滚筒支架间铰接B处铰支座表示布料臂架变幅油缸铰接图中F 前臂溜料斗重力P 分布布料臂架均布载荷
图3132布料臂架简化模型约束
图3133 基础臂架支架滚筒支架铰接
32 前臂架ANSYS限元分析
ANSYS140台建立计算模型中弦杆腹杆底面拉杆采beam188单元板材采shell63单元整计算模型中采单位：长度时间质量力应力
ANSYS分析基程包含三步骤
1 创建限元模型划分网格
2 施加载荷求解
3 处理程
步骤具体操作
第设定单元类型
*指定工程名称分析标题
创建ANSYS文件时必须文件命名定义名字时含中文字符
*定义单元类型
ANSYS单元库中150种单元类型单元特定编号标识单元类型前缀例：PLANE55SOLID96等针分析问题应选该选取相应单元类型关单元类型属性ANSYS软件帮助文件中找详细设定
ANSYS划分网格前必须先定义单元类型单元类型决定单元维度具度数目
定义前臂单元类型梁单元命令：ET1BEAM188
*定义单元常数
单元实常数单元类型特性决定然非单元类型需实常数需定义实常数类型单元定义实常数
定义单元常数前臂命令：
定义前臂型材
FRL180 方钢长度80mm
FRW180 宽度80mm
FRT16 厚度6mm
FCI119 圆钢径38mm
FCO124 外径48mm
第二定义材料特性
根材料特性区分种：
1 线形非线形
2 性正交异性异性
3 温度变化温度变化
*定义材料特性
单元类型实常数样组材料特性材料参考号材料特性组应材料参考号表称材料表分析中材料特性组相应模型中种材料ANSYS通独特参考号识材料特性组
定义材料特性前臂命令：
MPEX1210E3
MPPRXY103
MPDENS17800E9
第三创建限元模型划分网格
*创建读入限元模型
ANSYS分析程中工作量花费时间较建模
创建限元模型方法分实体建模直接生成导入现模型 次设计ANSYS程序中命令流直接建模
截取前臂部分命令列举：
建立前臂模型图示：
(1)定义关键点
K(2036020)(A1DF)H10
K(33065020)(A2DF)00
K(109020)(A2DF)H10
K323A100
K(34142120)(A1+DFDF)00
补充弦杆
K1505*A205*H10
前补充弦杆
K31117*DF+A2H10
K60117*DF00
K61117*DF+05*A205*H10
K62118*DF05*A205*H10
K63118*DF+05*A205*H10
线连接
L(109010)(2010010)
L(10034020)(12036020)
L360311
L323330
图321前臂模型
ANSYS允许户CAD系统中生成模型导入ANSYS中户CAD系统中生成模型模型存IGES文件格式然ANSYS模型输入ANSYS中进行分析IGES种CADCAE系
统间交换模型中间标准格式
*划分网格：
ANSYS网格划分方式分网格划分映射网格划分两种划分网格方式支持四边形三角形网格形状网格划分四面体单元形状映射划分方式支持六面体单元形状划分网格时六面体四面体量混空间曲面复杂实体划分网格时般采网格划分方式曲线曲面实体等规形状划分网格时采映射网格划分较次设计映射网格划分
划分网格命令截取前臂部分命令列举：
划分前臂网格
LSELS146 选定划分线划分方钢
LESIZEALL50 控制定线单元数50
LATT1101185313 赋予单元属性梁截面编号13
LMESHALL 线生成选定单元
ALLSELALL 恢复选择象
通划分网格模型元素转化限元单元前臂模型网格划分具梁单元属性图示：
322前臂网格划分模型
第四加载求解
*定义分析类型
选择分析类型载荷条件计算响应ANSYS程序中进行稳态瞬态调谐模态频谱挠度子结构分析设计静力结构分析
定义分析类型施加载荷部分前臂分析命令：
SOLU
ACEL0980
前臂载荷
FK770FY2940 头部集中荷载600kg
FK1770FY2940
FK(42076020)FY5488 面均布荷载
FK(1420176020)FY5488
加载前臂模型图示：
图323前臂加载约束图
第五查分析计算结果
完成限元计算通ANSYS处理查模型计算结果
ANSYS处理通处理POST1时间处理器POST26两处理器组成
POST1处理器通常查轮廓线显示变形形状等值线显示POST26 做时间相关处理瞬态分析中较次设计POST1处理器查应力分布云图变形云图
次胎带机ANSYS分析采命令流加菜单命令方式进行建模划分网格施加载荷分析求解具体命令步骤意义命令流中会解释
前臂完全伸出时应力分析结果图示：更更接实际分析出前臂种工况受力否超出钢材许应力挑选出前臂完全伸出时工况分析
前臂架中间臂架滑道接触点施加XYZ三方约束前臂架中间臂架滑道接触点施加XY两方色约束
臂架分析情况图示：
图324前臂应力分布云图
应力云图知工况前臂架应力位前臂中间臂架滑道接触位置应力252153MPa ＜ [σ ] ＝29323MPa满足强度求
图325前臂应力位置处云图
图326前臂变形云图
变形结果截图：面图中出臂端端部垂直方变形：Y ＝438489mm
图327前臂弦杆应力分布云图
前臂弦杆应力处整臂架应力处252153MPa前臂中间臂滑道接触位置
图328前臂腹杆应力分布云图
图示 前臂腹杆应力153545MPa位中间臂滑道接触位置
图329前臂底面横杆应力分布云图
前臂底面横杆应力1652MPa位中间臂滑道接触位置
33 中间臂架ANSYS限元分析
中间臂架加载限制基础臂架滑道接触点度进行限元分析计算结果：
图331中间臂应力分布云图
图332中间臂应力云图
中间臂整体应力24148429323MPa位基础臂滑道接触斜腹杆图示
图333中间臂变形云图
中间臂分析结果变形结果截图：图中出水伸出工况变形：Y＝557715mm
图334中间臂弦杆应力分布云图
中间臂架弦杆应力分布云图图示应力208533MPa位基础臂滑道接触位置
图335中间臂腹杆应力分布云图
中间臂腹杆应力图示应力241484MPa位基础臂滑道接触位置
图336中间臂底面横杆支撑滑道应力分布云图
图知中间臂底面横杆斜拉杆应力222448MPa位前臂滑道接触位置
34 基础臂架ANSYS限元分析
基础臂整体应力29149629323MPa位基础臂尾部弦杆
图341基础臂应力分布云图
图342基础臂应力云图
图343基础臂变形云图
基础臂整体变形Y＝46093mm
图345基础臂弦杆应力云图
基础臂弦杆应力265154MPa弦杆中间位置
图346基础臂腹杆应力分布云图
基础臂腹杆应力241459位中间臂滑道接触位置
图347基础臂底面横杆应力云图
基础臂底面横杆应力262704位中间臂滑道接触位置
图348驱动卷筒支架应力分布云图
驱动卷筒支架应力250859MPa变形592mm应力基础臂铰接位置
35 布料臂架ANSYS整体分析
351布料臂架整体应力变形
整体臂架分析设计基础臂中间臂前臂组装起进行分析设计整体分析时采ANSYS软件进行分析时采三臂架搭接部分采耦合方式进行连接样较形象模拟出臂架整体受力变形应力变化情况整体分析时相关资料臂架完全伸出工况臂架整体危险工况保证臂架整体臂架完全伸出工况应力钢材许应力范围保证整体臂架种工况安全性
整体分析时直接调已建CDB臂架模型文件调前臂家命令：
装入前臂
CDOPTANF
CDREADCOMBqianbijiaCDB
LSELS1220 显示前臂
LPLOT
实反映臂架搭接部分未知支反力通滑道传递节臂架实际受力状况臂架进行度耦合谓度耦合迫两度（DOFs）取相值（未知）耦合度集包含度度耦合度保存分析矩阵方程里耦合集度删计算度值分配耦合集度中滑道布料臂架度耦合部分命令：
CPNEXTUX80518140 前臂里滑道铰接
CPNEXTUY80518140
CPNEXTUZ80518140
CPNEXTROTX80518140
CPNEXTROTY80518140
CPNEXTUY81399165
CPNEXTUX81399165
图351中间臂基础臂节点耦合图
整臂架加载完成载荷分布图示：
图352整体臂架载荷分布
计算程中会出现应力集中者局部应力等现象应力集中等现象出现原进行分析加强板改变连接点钢数目等手段进行改进图应力集中现象：
图353 应力集中图
图知整体臂架应力分布许范围弦杆部铰接处出现集中应力达5167MPa采取加强板试试图示：
图354 初步处理应力集中图
通基础臂尾部添加加强板次进行ANSYS分析时集中应力5167MPa降429503MPa然相材料需应力点通整体应力分布臂架部分应力许应力范围部分应力较应力集中现象果更换整臂架材料话济会造成浪费继续通基础臂架部位添加加强版方式改进臂架结构减集中应力直应力降许应力范围
然果面积出现实际应力超出材料许应力说明前材料性够满足现需求时候需通添加加劲肋减受应力时合适方法更换型材某根云杆应力添加板换成更粗圆钢甚方钢
布料臂架应力基础臂铰接点应力291682MPa知：
29323MPa满足设计求整体变形144213mm满足刚度求
应力变形云图图示：
图355布料臂架整体应力分布云图
图356布料臂架应力分布云图
图357布料臂架变形云图
352 油缸铰接点支座反力
图3521 布料臂架铰接点支撑油缸铰接点限元节点编号
ANSYS限元分析直接铰支座支反力布料臂架驱动滚筒支架铰接点支反力油缸底盘铰点支反力分见表3521表3522
表3521 布料臂架驱动滚筒支架铰接点支反力
NODE
FX(N)
FY（N）
FZ(N)
MX(N·mm)
MY(N·mm)
MZ(N·mm)
1
051254E+06
015733E+06
1785
012253E+07
051524E+06
0
461
053247E+06
015904E+06
1785
011188E+07
052486E+06
0
表3522 油缸底盘铰点支反力
NODE
FX(N)
FY（N）
FZ(N)
MX(N·mm)
MY(N·mm)
MZ(N·mm)
20000
051254E+06
023963E+06
000
000
000
0
20010
053246E+06
024894E+06
000
000
000
0
节点20000合力：kN
节点20010合力：kN
油缸铰点支反力见表453
表3523 油缸布料臂架铰点支反力
NODE
FX(N)
FY（N）
FZ(N)
MX(N·mm)
MY(N·mm)
MZ(N·mm)
20020
051254E+06
023963E+06
000
000
000
0
20040
053246E+06
024894E+06
000
000
000
0
节点20020合力：kN
节点20040合力：kN
353布料臂架引起倾翻力矩
图3531布料臂架车架相位置
图3531 布料臂架车架相位置
FX1
（N）
FY1
（N）
FX2
（N）
FY2
（N）
X1
(mm)
X2
(mm)
Y1
(mm)
Y2
(mm)
倾翻力矩
（t·m）
5625E+5
1973E+5
5625E+5
2896E+5
200
950
3358
208
2008
409
5824E+5
209E+05
5824E+5
2989E+5
200
950
3358
208
2077
36 章结
章容ANSYS限元软件限元软件布料臂架进行基础分析程进行介绍梳理需注意方面进行简单阐述应ANSYS限元软件进行辅助设计计算缩短设计进程提高设计效率更精确计算数优化设计进程
次设计分析基结束ANSYS分析图清晰臂架应力具体分布状况解结构薄弱环节极简化计算云图出应力钢材许应力定余量分析出设计臂架够满足强度应力求
第四章 总结展
设计说明书中胎带机市场应国外现状进行简概述介绍国外三种胎带机机型胎带机总体结构进行较详解说胎带机金属布料臂架设计路线进行初步设定
设计程中先布料臂架进行简单强度校核似计算概解整体臂架应力似值然限元软件ANSYS金属结构进行分析ANSYS限元分析结果前面计算结果进行简单较结果基致说明限元软件金属臂架分析较符合实际状况限元软件进行辅助设计极简化计算程缩短设计流程节省设计时间设计成通限元软件臂架整体盈利状况进行分析找臂架薄弱环节进行针性改进
次毕业设计毕竟次练兵性质演练实际中设计差设计中布料臂架全展开单工况进行校核没伸缩长度等种全工况进行分析没考虑风载工复杂施工条件ANSYS金属结构进行校核初级应更深层次全工况动耦合金属结构轻量化优化等技术时间力限没应次设计中
通次毕业设计认识学工作中继续加强专业理学时实践够理实践结合起达更加理想效果实际工作生活中断汲取验教训丰富身阅历断完善四年老师教诲生宝贵财富相信必然会更益处力充满信心生路艰难定会通懈努力坚持走走稳走远走
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致谢
岁月梭数月努力次毕业设计基结束时意味着学求学生涯终结站毕业门槛回首昔奋斗辛劳成丝丝记忆甜美欢笑尘埃落定值毕业文完成际谨关心爱护帮助表示诚挚感谢美祝愿
文指导老师韩林山教授精心指导鼓励鞭策完成学期里组非常认真努力争取成果站学次岗设计程中首先感谢导师学生活关心帮助毕业设计期间组指导教师韩老师认真负责周检查督促务说明书完成设计务耐心解答遇难题韩教授帮助组利解决毕业设计中出现问题遇问题马老师办公室韩老师提问针性解决问题避免问题堆积老师渊博专业知识严谨治学态度精益求精工作作风诲倦高尚师德朴实华易格魅力影响深远韩老师毕业设计学期间予帮助文研究程中提出益指导致诚挚感谢深深敬意：衷心祝愿老师身体康泰工作心
感谢学毕业设计程中许鼓励帮助正快
乐相处学生涯难忘时光支持关爱鼓励极
动力激励着断前进感谢师兄郭江完成文程中予帮助次感谢母校华北水利水电学学生活提供舒适环境里结识辈子朋友度悔青春然特感谢父母求学程中予关心顾支持鼓励
感谢百忙中抽出时间参文评审参加答辩诸位专家教授
次支持帮助利完成学业致崇高敬意
附录
附录 ANSYS命令流程序
PREP7 进入前处理器
ET1BEAM188 定义梁单元
MPEX1210E3 弹性模量
MPPRXY103 泊松
MPDENS17800E9 质量密度
R10 指定实常数
i0 风载
定义前臂型材
FRL180 方钢长度80mm
FRW180 宽度80mm
FRT16 厚度6mm
FCI119 圆钢径38mm
FCO124 外径48mm
FRL270 矩形钢长度70mm
FRW250 矩形钢宽度50mm
FRT26 矩形钢厚度6mm
读入单元数信息
SECTYPE11BEAMHREC
SECOFFSETCENT 读入偏移
SECDATAFRL1FRW1FRT1FRT1FRT1FRT1
SECTYPE12BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAFCI1FCO1
SECTYPE13BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATAFRL2FRW2FRT2FRT2FRT2FRT2
SECTYPE14BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAFCI1FCO1
定义中间臂型材
MRL2110 方钢高度110mm
MRW2110 宽度110mm
MRT28 厚度8mm
MCI223 圆钢径46mm
MCO230 外径60mm
SECTYPE28BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAMCI2MCO2
SECTYPE21BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATAFRL1FRW1FRT1FRT1FRT1FRT1
SECTYPE22BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAFCI1FCO1
SECTYPE23BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAFCI1FCO1
SECTYPE24BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATAMRL2MRW2MRT2MRT2MRT2MRT2
SECTYPE25BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAMCI2MCO2
SECTYPE26BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'smiddle_xiao''sect'''MESH 读取户定义截面
定义固定臂型材
BRL3120 方钢高度120mm
BRW380 宽度80mm
BRT38 厚度8mm
BRL4120 方钢高度120mm
BRW4160 宽度160mm
BRT48 厚度8mm
SECTYPE32BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAMCI2MCO2
SECTYPE33BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATABRL3BRW3BRT3BRT3BRT3BRT3
SECTYPE35BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAMCI2MCO2
SECTYPE37BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATABRL3BRW3BRT3BRT3BRT3BRT3
SECTYPE38BEAMCTUBE
SECOFFSETCENT
SECDATAMCI2MCO2
SECTYPE39BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'sbasicup''sect'''MESH
SECTYPE40BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'sbasicdown''sect'''MESH
SECTYPE30BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATABRL4BRW4BRT4BRT4BRT4BRT4
SECTYPE31BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATABRL3BRW3BRT3BRT3BRT3BRT3
SECTYPE34BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATAFRL1FRW1FRT1FRT1FRT1FRT1
SECTYPE36BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATABRL3BRW3BRT3BRT3BRT3BRT3
SECTYPE45BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'sbasicdown_20''sect'''MESH
SECTYPE46BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'sbasicup_20''sect'''MESH
SECTYPE47BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'sbasicdown_ud''sect'''MESH
定义滑道截面
SECTYPE41BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'MUP''sect'''MESH
SECTYPE42BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'MDOWN''sect'''MESH
SECTYPE43BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'BUP''sect'''MESH
SECTYPE44BEAMMESH
SECOFFSETORIGIN
SECREAD'BDOWN''sect'''MESH
装入固定臂
CDOPTANF
CDREADCOMBBASIC_han_11CDB 固定臂文件BASIC_han11
划分固定臂网格
LSELS30003027 划分矩形钢120×80×8
LSELU30013006 选择命令
LSELU30133020
LSELA35003527 增加选择命令
LSELU35013506
LSELU35133520
LESIZEALL50 划分单元数
LATT110137 指定单元37
LMESHALL 划分网格
ALLSELALL 选定实体单元
LSELS30013002
LSELA35013502
LESIZEALL50
LATT110147
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30033006 划分加厚矩形钢
LSELA35033506
LESIZEALL50
LATT110139
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30133014
LSELA35133514
LESIZEALL50
LATT110146
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30153016 划分加厚矩形钢
LSELA35153516
LESIZEALL50
LATT110140
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30173018 划分加厚油缸铰点处弦杆
LSELA35173518
LESIZEALL50
LATT110145
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30193020 划分加厚矩形钢
LSELA35193520
LESIZEALL50
LATT110140
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30283029 划分十字轴
LSELA35283529
LESIZEALL50
LATT110137
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS35603563 划分底面圆钢
LESIZEALL50
LATT110132
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30443056 部分加强弦杆
LSELA35443556
LESIZEALL50
LATT110138
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30323034 部分加强弦杆
LSELA30373039
LSELA35323534
LSELA35373539
LESIZEALL50
LATT110131
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS30353036
LSELA30403043
LSELA35353536
LSELA35403543
LESIZEALL50
LATT110135
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS3057 部分加强弦杆
LSELA3557
LESIZEALL50
LATT110136
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS3058 部分加强弦杆
LSELA3558
LESIZEALL50
LATT110138
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS3059
LSELA3559
LESIZEALL50
LATT110134
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS35643571 划分支撑滑道横梁
LSELU35693570
LESIZEALL50
LATT110133
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS35693570
LESIZEALL50
LATT110130
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS35723575 划分滑道
LESIZEALL50
LATT110143
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS35763579 划分滑道
LESIZEALL50
LATT110144
LMESHALL
ALLSELALL
装入中间臂
CDOPTANF
CDREADCOMBMIDDLECDB
LSELS20002570 显示中间臂
LPLOT 显示选中线
中间臂网格划分
LSELS20002025 划分中间臂体方型
LSELU20142019
LESIZEALL50
LATT1101282124
LMESHALL
LSELS25002525
LSELU25142519
LESIZEALL50
LATT1101282224
LMESHALL
LSELS20142019
LSELA25142519
LESIZEALL50
LATT110126
LMESHALL
LSELS20262044 尾部弦杆加强采70×6
LSELU20312034
LSELU20412043
LSELA25262544
LSELU25312534
LSELU25412543
LESIZEALL50
LATT110128
LMESHALL
LSELS20452050 侧面竖直加强杆
LSELA25452550
LESIZEALL50
LATT110122
LMESHALL
LSELS20312034 头部弦杆
LSELA20412043
LSELA25312534
LSELA25412543
LESIZEALL50
LATT110125
LMESHALL
LSELS25512555 底面采前臂圆钢
LESIZEALL50
LATT110123
LMESHALL
LSELS25562562 支撑滑道横梁方钢采前臂方钢
LESIZEALL50
LATT110121
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS25632566 划分滑道
LESIZEALL50
LATT110141
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS25672570 划分滑道
LESIZEALL50
LATT110142
LMESHALL
ALLSELALL
WPSTYLE1
WPAVE1405040050*i320200
CSWPLA11011
CSYS0
LTRAN1120002570101
装入前臂
CDOPTANF
CDREADCOMBqianbijiaCDB
LSELS1220 显示前臂
LPLOT
划分前臂网格
LSELS146 划分方钢
LESIZEALL50
LATT1101185111
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS101146 划分方钢
LESIZEALL50
LATT1101185211
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS4787 划分弦杆圆钢48×5
LSELA147187
LSELU4954
LSELU149154
LSELU6772
LSELU167172
LESIZEALL50
LATT110112
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS9099 划分竖直加强弦杆圆钢48×5
LSELA190199
LESIZEALL50
LATT110112
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS200219 划分底面横杆圆钢48×5
LESIZEALL50
LATT110114
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS4954 尾部弦杆加强采48×5
LSELA149154
LSELA6772
LSELA167172
LESIZEALL50
LATT110112
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS8889 划分头部矩形钢70×50×4
LSELA188189
LSELA220
LESIZEALL50
LATT110113
LMESHALL
ALLSELALL
WPAVE29530400100*i640375
CSWPLA12011
CSYS0
LTRAN121220101
驱动滚筒支架
QGL1200 方钢长度80mm
QGW1240 宽度80mm
QGT120 厚度6mm
QGL2240 方钢长度80mm
QGW2200 宽度80mm
QGT220 厚度6mm
QGL3200
QGW3240
QGT320
SECTYPE51BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATAQGL1QGW1QGT1QGT1QGT1QGT1
SECTYPE52BEAMHREC
SECOFFSETCENT
SECDATAQGL2QGW2QGT2QGT2QGT2QGT2
SECTYPE53BEAMI
SECOFFSETCENT
SECDATAQGL3QGL3QGW3QGT3QGT3QGT3
CDOPTANF
CDREADCOMBzhijia_qudongCDB
LSELS900090022
LSELA900690082
LESIZEALL10
LATT110151
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS900390096
LESIZEALL50
LATT110152
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS9001
LESIZEALL50
LATT1101901553
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS9007
LESIZEALL50
LATT1101951553
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS90049005
LESIZEALL50
LATT1101904553
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS90109011
LESIZEALL50
LATT1101954553
LMESHALL
ALLSELALL
LSELS9012
LESIZEALL50
LATT1101906553
LMESHALL
ALLSELALL
WPAVE140040013500 移动工作面指定点
CSWPLA13011 定义局部坐标系工作面（0笛卡尔坐标系）
CSYS0 启动前定义坐标系
LTRAN1390009012101 转换线型坐标系
耦合
CPNEXTUX80758122 前臂里滑道铰接
CPNEXTUY80758122
CPNEXTUZ80758122
CPNEXTROTX80758122
CPNEXTROTY80758122
CPNEXTUY81218181
CPNEXTUZ81218181
CPNEXTUY81238182
CPNEXTUZ81238182
CPNEXTUY81248170
CPNEXTUZ81248170
CPNEXTUY81258197
CPNEXTUZ81258197
CPNEXTUY81278199
CPNEXTUZ81278199
CPNEXTUY81288200
CPNEXTUZ81288200
CPNEXTUY81298201
CPNEXTUZ81298201
CPNEXTUY81268202
CPNEXTUZ81268202
CPNEXTUX80948131 前臂外滑道铰接
CPNEXTUY80948131
CPNEXTUZ80948131
CPNEXTROTX80948131
CPNEXTROTY80948131
CPNEXTUY813010003
CPNEXTUZ813010003
CPNEXTUY813210004
CPNEXTUZ813210004
CPNEXTUY81339992
CPNEXTUZ81339992
CPNEXTUY813410019
CPNEXTUZ813410019
CPNEXTUY813610021
CPNEXTUZ813610021
CPNEXTUY813710022
CPNEXTUZ813710022
CPNEXTUY813810023
CPNEXTUZ813810023
CPNEXTUY813510024
CPNEXTUZ813510024
CPNEXTUX80518140 前臂里滑道铰接
CPNEXTUY80518140
CPNEXTUZ80518140
CPNEXTROTX80518140
CPNEXTROTY80518140
CPNEXTUY81399165
CPNEXTUX81399165
CPNEXTUY81419166
CPNEXTUX81419166
CPNEXTUY81429167
CPNEXTUX81429167
CPNEXTUY81439168
CPNEXTUX81439168
CPNEXTUY81519319
CPNEXTUX81519319
CPNEXTUY81529320
CPNEXTUX81529320
CPNEXTUY81539321
CPNEXTUX81539321
CPNEXTUY81479322
CPNEXTUX81479322
CPNEXTUX80708155 前臂外滑道铰接
CPNEXTUY80708155
CPNEXTUZ80708155
CPNEXTROTX80708155
CPNEXTROTY80708155
CPNEXTUY815410987
CPNEXTUX815410987
CPNEXTUY815610988
CPNEXTUX815610988
CPNEXTUY815710989
CPNEXTUX815710989
CPNEXTUY815810990
CPNEXTUX815810990
CPNEXTUY816611141
CPNEXTUX816611141
CPNEXTUY816711142
CPNEXTUX816711142
CPNEXTUY816811143
CPNEXTUX816811143
CPNEXTUY816211144
CPNEXTUX816211144
CPNEXTUX36243654 中间臂里滑道铰接
CPNEXTUY36243654
CPNEXTUZ36243654
CPNEXTROTX36243654
CPNEXTROTY36243654
CPNEXTUY36533713
CPNEXTUZ36533713
CPNEXTUY36553715
CPNEXTUZ36553715
CPNEXTUY36563716
CPNEXTUZ36563716
CPNEXTUY36573717
CPNEXTUZ36573717
CPNEXTUY36653725
CPNEXTUZ36653725
CPNEXTUY36663726
CPNEXTUZ36663726
CPNEXTUY36673727
CPNEXTUZ36673727
CPNEXTUY36613728
CPNEXTUZ36613728
CPNEXTUX36493669 中间臂外滑道铰接
CPNEXTUY36493669
CPNEXTUZ36493669
CPNEXTROTX36493669
CPNEXTROTY36493669
CPNEXTUY36684896
CPNEXTUZ36684896
CPNEXTUY36704898
CPNEXTUZ36704898
CPNEXTUY36714899
CPNEXTUZ36714899
CPNEXTUY36724900
CPNEXTUZ36724900
CPNEXTUY36804908
CPNEXTUZ36804908
CPNEXTUY36814909
CPNEXTUZ36814909
CPNEXTUY36824910
CPNEXTUZ36824910
CPNEXTUY36764911
CPNEXTUZ36764911
CPNEXTUX35923684 中间臂里滑道铰接
CPNEXTUY35923684
CPNEXTUZ35923684
CPNEXTROTX35923684
CPNEXTROTY35923684
CPNEXTUY36836093
CPNEXTUX36836093
CPNEXTUY36856094
CPNEXTUX36856094
CPNEXTUY36866095
CPNEXTUX36866095
CPNEXTUY36876096
CPNEXTUX36876096
CPNEXTUY36956104
CPNEXTUX36956104
CPNEXTUY36966105
CPNEXTUX36966105
CPNEXTUY36976106
CPNEXTUX36976106
CPNEXTUY36916107
CPNEXTUX36916107
CPNEXTUX36173699 中间臂外滑道铰接
CPNEXTUY36173699
CPNEXTUZ36173699
CPNEXTROTX36173699
CPNEXTROTY36173699
CPNEXTUY36986212
CPNEXTUX36986212
CPNEXTUY37006213
CPNEXTUX37006213
CPNEXTUY37016214
CPNEXTUX37016214
CPNEXTUY37026215
CPNEXTUX37026215
CPNEXTUY37106223
CPNEXTUX37106223
CPNEXTUY37116224
CPNEXTUX37116224
CPNEXTUY37126225
CPNEXTUX37126225
CPNEXTUY37066226
CPNEXTUX37066226
驱动滚筒支架耦合
CPNEXTALL165313924
CPNEXTALL167213974
加强板
ET2SHELL63 定义壳单元
R1110
A957095809883
A105701058010883
ASELS12 划分单元
ESIZE50
AATT1112
AMESHALL
A134221343213612
A139221393214112
ASELS34
ESIZE50
AATT1112
AMESHALL
A17352173871739217372
A173521738717382
A17852178871789217872
A178521788717882
A17426174221744217436
A174361744217446
A17446174421745717456
A17456174571746217466
A17926179221794217936
A179361794217946
A17946179421795717956
A17956179571796217966
A174121741017416
A17416174121743217430
A179121791017916
A17916179121793217930
A175721756217582
A180721806218082
A178921791217887
A173921741217387
ASELS520
ESIZE50
AATT1112
AMESHALL
耦合复制耦合文件夹
ET3LINK8
MPEX2210E3
MPPRXY203
MPDENS20
R127850
N20000KX(17352)+750KY(17352)31500
N20010KX(17852)+750KY(17852)31501650
N20020KX(17457)KY(17457)KZ(17457)
N20040KX(17957)KY(17957)KZ(17957)
N20020NX(1335)NY(1335)NZ(1335)
N20040NX(1514)NY(1514)NZ(1514)
MAT2
TYPE3
REAL12
E2002020000
E2004020010
EPLOT
油缸铰点耦合
CPNEXTUX20020NODE(KX(17457)KY(17457)KZ(17457))
CPNEXTUY20020NODE(KX(17457)KY(17457)KZ(17457))
CPNEXTUZ20020NODE(KX(17457)KY(17457)KZ(17457))
CPNEXTROTX20020NODE(KX(17457)KY(17457)KZ(17457))
CPNEXTROTY20020NODE(KX(17457)KY(17457)KZ(17457))
CPNEXTUX20040NODE(KX(17957)KY(17957)KZ(17957))
CPNEXTUY20040NODE(KX(17957)KY(17957)KZ(17957))
CPNEXTUZ20040NODE(KX(17957)KY(17957)KZ(17957))
CPNEXTROTX20040NODE(KX(17957)KY(17957)KZ(17957))
CPNEXTROTY20040NODE(KX(17957)KY(17957)KZ(17957))
SOLU
ACEL0980 重力环境
前臂载荷
FK10181FY2940 头部集中荷载600kg
FK11181FY2940
FK(9580992020)FY5488 面均布荷载95809860步进20逐施加
FK(105801092020)FY5488
中间臂载荷
FK(134421358220)FY837
FK(139421408220)FY837
固定臂载荷
FK(1741217912500)FY10293 面载荷
FK(174521757220)FY10293
FK(179521807220)FY10293
FK(179421806220)FY8064 行走架固定臂载荷
FK(179421806220)MX241920
FK1740217902500FY430 改滚筒
FK90509550500FY4900
加约束
DK(1735217852500)ALL
DKDELE(1735217852500)ROTZ
D(200002001010)ALL
DDELE(200002001010)ROTZ
SOLVE 运算
FINISH
附录二 外文原文
附录三 外文翻译
利响应面法复合三角桁架进行参数优化
Su Ju a RA Shenoi b Dazhi Jiang a AJ Sobey b
a国防科技学航天材料工程学院中国 长沙410073
b南安普敦学工程科学院英国南安普敦SO171BJ
摘：文根非线性结构响应约束轻质玻璃钢复合三角桁架进行参数优化通实验数值模拟复合桁架三点弯曲条件呈现出双线性特性通相关性分析评估参数复合材料桁架弯曲性影响限元分析角度四关键参数表示响应面非线性结构响应变化MATLAB优化程序组中选择植入基梯度遗传算法优化程序根相关性分析结果通MATLAB优化设计进行调整结果表明采优化设计程序桁架重量方面着非常显著改善
关键词：复合材料(PMCs)机械性限元分析(FEA)统计方法
1绪
高分子纤维复合材料够减轻结构重量优良刚度足够强度耐久性更少源消耗等特点结构应方面日益广泛[1]桁架作种效结构形式已广泛土木工程工业复合桁架结构已广泛应先进运输技术齐柏林飞艇采三角形截面轻质碳纤维复合材料桁架[2]
着制造技术发展现已够长度具相结构元素纤维利纤维缠绕工艺制造整体复合桁架种连续单纤维新类型FRP复合桁架结构称梁状晶格结构负载分布效率高跨度整体性（没关节）良刚度强度已引起广泛关注杰森等研发出种复合束状材料结构[3–5] 制造技术机械特性已研究年荷载传递路径着桁架结构单元连续单纤维FRP复合材料特适合制造具高方性单玻璃钢复合桁架复合材料定载荷传递路径满足刚度强度求高刚度强度 单玻璃钢复合材料充分应桁架中实现减轻重量目
通优化方法进步减轻玻璃钢复合桁架结构重量必须时考虑众设计变量状态变量复合材料结构优化设计件简单事情复合结构优化程序针形状简单结构特定开发结构外力响应具精确表达式[6]结构响应应力应变载荷位移优化程通常作约束条件形状载荷条件复杂工业复合结构 必须助限元分析（FEA）准确数结构采耦合优化法限元（FE）计算法帕卢赫[6]沃克史密斯[7]结合限元程序遗传算法合叠层结构腹板厚度进行优化刘陆两结合结构体系剖面标准限元分析素优化技术开发出种超轻复合桁架参数优化程序结合限元分析方法（商业FE代码）标准优化程优化程序动提取线性静力作结构响应数非线性力学作结构数限元分析时耗费时力难非线性关问题限元分析时变形量边界收敛困难网格失真优化程中导致障效率低寻求新手段便获优化程中结构响应数值
20世纪70年代中期研究员开始探索似概念作降低结构分析变量方法减轻总计算量响应曲面法（RSM）作强全局逼方法广泛设计空间里更令满意预测结构响应[9]RSM套技术包括：
(1)设计组够产生精确响应紧密关联测变量实验
(2)关模型参数猜想进行适测试确定符合(1)中数数学模型
(3)确定响应影响（）实验素优值
RSM博克斯威尔逊[10]1951首次提出初步应探讨化工程中产量组假定影响输入变量间关系博克斯事开创性工作RSM已成功应化学工程工业发展生物研究计算机模拟等领域[11]阿布奥德赫琼斯复合板点构建响应面垂直位移三弯矩分量代约束评估中限元分析方法已应复合板优化陈等[12] 响应面法阶性方法结合起计算安全指标失效概率探讨包括影响度等素变量间相关性陶
德科石川[13]新提出种获复合板屈曲载荷响应面实验方法兰兹盖沃特[14]已开发种复合加筋板响应面设计进行目标优化设计程序复合加筋板屈曲行似计算
前复合层合板加筋面板优化中采响应面法没跨度非线性结构响应复合桁架结构进行类似研究文结合标准优化方案响应面法提出种参数优化设计方法量减少玻璃钢复合桁架非线性结构响应约束重量
2优化设计框架
文结合RSM标准程序研究开发种参数优化程序优化非线性结构响应约束复杂复合结构跨度三角形截面玻璃钢复合桁架例说明提出优化程序
图1中流程图描述提出非线性结构响应复杂组合结构优化设计框架保证优化结果符合实际限元模型正式研究前必通实验验证数值结果限元模型进行必修改 直实验限元分析结果相致参数化建模建立限元模型利采样步骤相关性分析进行相关度分析探讨设计变量结构响应影响时选择实际设计变量值提供指导RSM整设计空间详收集采样点数提供足够信息构建准确响应表面模型整优化程中工作中计算提取采样点数耗时然复杂复合结构嵌入限元进行分析优化方法相然节省量时间特非线性进行分析时效果更加显著然样点构造响应面模型通结构响应模型限元分析预测两者间误差然进行评估通特定关键区域增加采样点方法提高响应面模型精度响应面模型达满意精确度然连接某标准优化程序（例MATLAB优化工具箱™ ）相较限元RSM种似方法错误避免RSM优化会导致结果接真实全局优达种精确值获终优化设计前通参相关性分析优化结果进行调整
图优化设计框图
三角形截面轻质FRP复合桁架结构时考虑作设计变量四参数：外三角形截面D构件直径D1 螺旋部件直径d2节点数N总长度L固定种复合桁架结构中着三面长度方相结构素|X|实际关心桁架结构重量W减许应中弯曲载荷跨度复合桁架结构界条件苛刻复合桁架结构三点弯曲状况界荷载条件许复合结构元件承受外部负荷 没遭受变形理想状况角度负载极限荷载Lt位移St作约束条件 减少非线性结构响应轻便玻璃钢复合桁架结构重量优化设计问题列步骤进行：
结构重量
受极限荷载位移等式约束
图二：三角形截面轻质玻璃钢复合桁架
约束：
中f目标函数写
QLQH分表示桁架结构横密度G1G2表示评价分析数值优化[16]程中设计变量结构响应[15]间关系根实际应求极限载荷位移约束LPTSPT分取允许值设计根制造工艺行性复合结构合理性分lU表示约束中界界
应文提出优化设计框图案例分析中三步骤包括：
（1）长6米断面呈三角形GF 环氧树脂轻质 玻璃钢复合桁架三点弯曲条件进行实验实验研究时进行相应限元分析实验结果数值进行较极限荷载LT相应位移ST界结构响应作循环约束优化条件确定实验结果模拟数否致通APDL（ANSYS参数化设计语言）建立限元模型进行相关性分析通相关性分析确定dnD1 D2等设计变量函数f约束性（S
TLT）关系
（2）优化循环中通分析模拟技术获（STLT）RSM构造性函数G1G2优化程中直接涉终优化设计精度关键性步中心复合设计 （CCD）方法[11]采设计数值实验 称采样样四设计变量（DND1D2）值组合整设计空间中商业限元计算软件ANSYS选取限样提取样中（STLT）样点（DND1D2）应（STLT）点G1G2建立完整二次响应面模型
图三：三点弯曲试验装置
图四：复合材料桁架三点弯曲实验中限元模型
图5复合材料桁架三点弯曲实验中荷载位移曲线
评估似模型限元分析结果间误差通G1G2预测（StLt）限元分析（StLt）进行两者间差值
（3）MATLAB优化工具箱™优化程序性函数G1G2作约束函数梯度遗传算法优化数学公式问题优化结果进行较通限元分析限制约束优化结果进行进步验证
需轻微调整形状议确保会出现合格数相关性分析中找出终完善优化设计
图6：通APDL语言进行相关性分析流程图
3 复合桁架弯曲性
31实验数值研究
三点弯曲试验中复合桁架总长度（L）6米三角形横截面外切直径（D ）348 mm 节点（N ）18直径（ d1）85mm横直径（d2）52毫米复合桁架总重量53千克构件具均密度（ρ1）2092 gcm3轴拉伸模量（E1）458 GPa竖均密度(ρ2)2099 gcm3竖拉伸模量（ E1 ）466GPa复合桁架种预浸处理强环氧树脂玻璃纤维二氨基二苯基甲烷（DDM）固化剂制造该纤维塑性2400
碱性玻璃纤维粗砂A型双酚环氧树脂CYD 128 （环氧量184194 环氧树脂）[ 18 ]中提取出复合束状结构材料中样纤维缠绕工艺已制造三角形截面复合桁架
图3示万试验机（UTM）进行三点弯曲试验复合材料桁架中间三角形截面顶点作加载点两机电千分表安装截面三角形顶点测量桁架组合中间垂直位移1mm分钟速率复合桁架试样进行加载数采集系统时记录力传感器机电千分表数
限元分析通ANSYS限元程序三点弯曲试验程进行数模拟复合桁架限元模型示意图图4示：三点弯曲实验中复合桁架具相形状（L 6 MD 348毫米N 18D1 85毫米 D2 52毫米）建模时三节点选BEAM189梁单元模拟简支边界条件四支承节点移度固定旋转非线性条件限元网格尺寸选005米
图7设计变量载荷位移曲线：（a）D（b）N（C）d1（D）D2
三点弯曲实验中复合桁架实验数模拟数值绘图5两条负载 位移曲线接方表示三点弯曲实验中该复合桁架抗弯性通限元模拟分析达足够精度通图进步出构件405N开始弯曲负载–位移曲线弹性限度（STLT）实验曲线模拟曲线
转折点两线性部分（包括直线线双线性曲线）组成第部分线性弹性定义边坡（K）KLTST图3375N毫米表示该复合桁架结构刚度线弹性面持续荷载位移快速增加轴载荷没变 化复合桁架试件达弹性极限迅速失效构件局部弯曲造成极限荷载负载略高会导致结构损坏正负载–位移曲线表明弹性区间轻质复合桁架承载力弯曲刚度作该复合材料桁架三点弯曲条件显著特征选结构优化设计响应约束
32 相关性分析
确定复合桁架终优化方案需目标约束结构设计变量进行相关性分析通常灵敏度分析重够确定设计变量改变复合结构性关联拥建立良结构模型关技术准确效进行相关性分析重[20]ANSYS中利APDL参数化建立限元模型确定设计变量（DND1D2）结构性（STLT）间作关系确保载荷点位跨中总支点数目（N）规定偶数式（8）评估参数（DND1D2）目标函数f影响初始设计选择面值：L 52米D 330毫米N 18D1 85毫米D2 54毫米实际 D取值190毫米650mmN设定1044间d1d240毫米100mm间变量着时间变化三变量保持初始值负载 位移图中种变化然单独变量出复合桁架弯曲性通APDL进行相关性分析流程图图6示设计变量三点弯曲条件复合桁架载荷位移曲线影响图七示设计变量弹性极限（STLT）结构 重量W影响关系分绘制图8图9中
图7图8示着d增加Lt增加ST降导致结构刚度K明显增加出轻质复合材料桁架结构弯曲性高度赖D复
合桁架抗弯刚度极限承载力着值改变发生明显变化保持K
值变增StLt观察N10变化44然N甚D提
图8设计变量（STLT）：(a) D (b) N (c) d1 (d) d2关系
高极限承载力Lt更加效表明外接圆直径D支点数N分整体抗弯刚度K极限荷载关键D1D24毫米10毫米时STLTK时增然D1刚度k承载极限Lt影响DN明显D1相D2增加会导致Lt增结构刚度k影响然设计变量增会结构重量W增D2增影响（见图9）
4设计约束响应面模型
优化循环约束中响应面够节省时间解决非线性限元分析中变形高度扭曲元件收敛困难问题优解决方案精度仅赖RSM性RSM性样数目选择样方法决定
响应面模型元项式模型写：
中a0aiaijaii系数xixj变量该模型包括左边右边截距线性项二次互动面方项高阶项变化线性生产模型响应曲面超面外相互作条件允许超面翘曲方项简单模型中响应面中值时求佳响应[ 11 ]三角形截面复合材料桁架G1G2构建性函数完整二次响应模型：
中aibi（i＝01214）系数通线性二法拟合样数值确定
然响应面精度取决样数收集量样增加计算成确保重区域精度前提选择合适样数提高优化程准确性非常重获足够样点拟合曲线设计数值试验中采称博克斯–威尔逊设计中央复合设计（CCD）表1参数DND1D24CCD子组成四变量变量5种数值25种组合例变量D∈[DlDu]时定样空间[DlDu]中 2 2 0 1 1代 Dl Du (Du + Dl)2 [Dl+(Du + Dl)2]2 [(Du + Dl)2 + Du]2值增加样点数量提高响应面模型精度定设计
空间(D∈[190650] N∈[10 44] d1∈[40 100] d2∈[40 100])外3子区域(D∈[200 400] N∈[12 30] d1∈[45 90] d2∈[45 90] D∈[220420] N∈[14 32] d1∈[41 60] d2∈[41 60]D∈[340560] N∈[24 42] d1∈[56 90] d2∈[56 90])获100采样点相关性分析中限元模型参数计算提取采样点（STLT）数
（DND1D2）100样集相应（STLT）通方程（10）（11）联系起运MATLAB统计工具箱™解决拟合中线性二法问题g1g2拟合系数列表2中评估响应面模型g1g2性残差（R）表示限元精确结果（y）响应面模型预测结果（Y0）间差值
图9：设计变量（a）D（b）N（c）D1（d）D2重量W影响
100通限元模拟（StLt）G1G2计算（St’Lt’）差值绘制图10少数边界采样点（样点位定设计空间边界）数G1G2预测结果具良精度优化结果中G2精度G1精度高
5优化结果
通RSM获性函数G1G2MATLAB优化工具箱中约束非线性化求解器遗传算法求解器解决非线性约束化优化问题fmincon求解器初变量函数中找标量通常称非线性约束优化遗传算法基推动生物进化程中然选择原理解决约束约束优化问题该算法首先创建机初始种群次修改种群法步骤中算法目前种群中机选择体作母体产生代断繁衍种群着优方进化满足停止准时算法停止
方程（8）中结构重量表达式W F（DND1D2）指定非线性变量化目标函数例子里允许极限荷载Ltp相应允许位移Stp分1000 N20 mm构建G1G2响应面模型时DNd1d2四参数分限分[190 mm650 mm][10 44][40 mm100 mm][40 mm100 mm]MATLAB优化工具箱™规定非线性等式约束 c非线性等式约束ceq应该形式c≦0ceq 0种情况非线性约束函数 写成：
方程（16）非线性等式约束确保N偶数
100采样点中取满足约束(St Lt) (1723 mm1098 N)点(DNd1d2) (450 mm2473 mm73 mm) 取w 957kg作结构设计重量fmincon求解器选效集法点法解决优化问题三终止准：迭代次数达设计变量超出规定函数值超出行域满足终止准停止迭代[17]参数设置默认定边界中（dnD1D2）机组合作fmincon求解器起始点通遗传算法求解需起始点遗传算法够全局优化造成结果接全局优优化结果根相关性分析中数进行修改
图10 采样点残差
通fmincon求解算法遗传算法求解优化结果选项列表3通限元模拟优化设计方式进行筛选符合（STLT）值表中列出表3中10佳结果中第八具优化结构重量4394千克时满足性约束(Stp≦20 mmLtp≧1000 N)作时优化设
计进行调整螺旋件直径D2结构重量影响已限改变图
9示结构重量会着DND1降低降低进步减轻重量满足性约束前提DND1取值改变D1相改变DN更效降低重量调整DND1时性优化设计St1978mm已足够接允许值20毫米Lt115148N远远超允许值1000N
图8出减少N会LtSt减少减少D会Lt减St增首先N2826进行调整时（StLt）（1978毫米115148N）（1763mm103389 N）变化然D39191毫米调378毫米（StLt）变（1819mm100005 N）Lt100005 N时已足够接允许极限负载1000 NDND1调整会违反设计约束(DNd1d2) (378 mm 26 861 mm 400 mm)重量4179kg结构设计作终优化结果初设计相种优化方法重量减轻56
6结
结合响应面法标准优化程序提出参数优方法已成功应非线性结构响应约束轻质玻璃钢复合材料桁架结构优化复合三角形桁架三点弯曲试验中呈现出双线性特征限元分析结果实验结果吻合参数化限元模型 进行相关性分析获取四设计变量复合材料桁架抗弯性作关系响应面方法已构造三点弯曲条件复合桁架结构功函数
实验结果表明响应面模型结构弯曲性预测具精度
优化程序中应通RSM构造性函数MATLAB中fmincon遗传算法解决优化中问题终优化设计方案相关性分析基础变量轻微调整初设计相显著减轻结构重量（56）表明合响应面法标准优化程序结合起解决非线性结构响应复杂复合结构工具
参考文献
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附录四 TDJ60060型胎带机务书
XX学
毕 业 设 计 务 书
设计题目：TDJ60060型胎带机
专 业： 机械设计制造动化
班级学号：
姓 名
指导教师：
设计期限：20XX年02月24日开始
20XX年05月30日结束
机 械 学 院
20XX年01月20日
毕业设计目
通该课题设计培养学生综合运学知识分析解决工程技术实际问题工作力巩固深化扩学生学基理基技学生机械设计综合力培养（调查研究查阅文献收集资料力理分析力确定设计方案力设计计算绘图力技术济分析组织工作力等）时培养学生创新力团队精神树立良学术思想工作作风
二容
1．研制TDJ60060型胎带机背景意义
2．TDJ60060型胎带机工作原理结构组成
3．布料臂架金属结构设计
4．布料机构皮带输送系统设计
5．布料臂架伸缩机构设计
6．料系统金属结构设计
7．料机构皮带输送系统设计
8．活动配重结构设计
9．车结构设计整车稳定性分析
10．虚拟样机设计动画演示（分组进行）
三重点研究问题
1．料系统布料系统金属结构限元计算分析
2．料机构布料机构皮带输送系统结构设计计算
3．布料臂架伸缩机构设计计算
4．活动配重车结构设计限元计算分析
5．整车稳定性分析
6．虚拟样机设计动画演示技术
四技术指标参数
1．额定输送力：220m3h
2．布料半径范围：60m
3．布料臂架仰角：+30°
4．布料臂架俯角：15°
5．回转角度(料臂架时)：360°
6．布料机带宽：600mm
7．胶带输料速度：315ms
8．臂架伸缩速度：012ms
9．底盘选越野轮胎式起重机底盘
五设计成果求
1．开题报告份
2．外文翻译篇（求翻译容设计课题关5年正式出版国外外文期刊中文献译文低2000汉字）
3．设计计算说明书份（求中英文摘中文摘500字左右正文15000字参考文献应15篇）
4．设计图纸干（求图纸工作量折合成A0图纸低25张）
5．设计成果光盘1份毕业设计总结1份
六
求严格：
1．华北水利水电学全日制科生毕业设计（文）理办法
2．华北水利水电学全日制科生毕业设计（文）格式求
附录五 开题报告
XX科生毕业设计开题报告
指导教师：XX教授 时间：20XX年3月1日
学生姓名
学号
专业
机械设计制造动化
题目名称
胎带机布料系统金属结构限元计算分析
课题源
选
容
研究背景
胎带机称移动式皮带输送机种具途种条件连续运输物料设备适输送种级配混凝土类颗粒性物料够适应种复杂形条件运量工作[1]泵送机械种益补充具连续工作输送机浇筑力设备轻输送物料快速高效等优点完成种物料常态混凝土泵送混凝土砂砾石谷物矿石煤炭水泥防洪材料等输送布料水电铁路公路机场桥梁工程场馆船坞码头等建设浇注物流中发挥极作[2]
胎带机国外研究现状
目前胎带机水电工程建筑工程矿山工程等领域应美国罗泰克公司生产CC系列德国普茨迈斯特公司生产TB系列胎带机两公司产品结构原理基致中罗泰克产品通化水高研发投放全球市场系列产品中CC200．24型胎带机应广泛
国早三峡期导流工程中引进美国罗泰克公司生产CC系列胎带机德国普茨迈斯特公司TB系列胎带机三峡工程作出益贡献美国罗泰克公司生产CC系列胎带机工程机械底盘基础部桁架结构型式布料系统[3]布料半径60m总价2600万元1999年三峡葛洲坝公司作重点施工设备进口德国普茨迈斯特公司TBl05(32米)车载混凝土输送设备三峡坝水利工程建设该车型重型卡车底盘基础部3节～5节伸缩臂架伸缩臂架采高强度铝合金板材布料半径40m整机造价约1500万元该产品输送效率高工作方便济确保工程质量进度取良社会济效益
国企业胎带机研究起步较晚三重工研发生产TSD32型伸缩式皮带输送机率先研制成功开启胎带机国产化门中联重科青岛锐尔凯机械限公司河南焦作科瑞森机械限公司等企业水利水电八局河南理工学等科研单位均进行深入研究
国初引进国外设备型工程中实际应设计分析进行研究[4]年研究成果胎带机伸缩臂架结构设计伸缩驱动机构设计胶带缠绕方式伸缩驱动装置设计等伸缩机构方面设计说国胎带机设备研发工作刚刚起步国目前已应水利水电施工现场水电八局常德机械厂生产采行式履带底盘作基础布料臂架采桁架结构型式布料半径40m整机造价300万元BLJ600．40型带式混凝土布料机三重工研发行式汽车底盘基础部采伸缩布料输送机伸缩臂架采高强度铝合金板材布料距离32m造价370万TSD32伸缩式皮带输送车
总体国工程机械生产厂家设计单位伸缩皮带输送机研究取初步成效整体水落欧美发达国家整体结构设计功完备系统性方面国外相差距核心液压件赖进口着国家水利工程建设力度加胎带机发展带难机遇
研究容
胎带机布料系统料系统车系统底盘系统液压电气控制系统等组成[5]布料系统臂架( 桁架式节伸缩臂结构复杂工况繁杂边界条件稳定胎带机重承载部件[6])伸缩机构布料皮带输送系统变幅油缸等组成系统工作时两节节臂架通钢丝绳运动实现直线伸缩通变幅油缸作实现变幅运动料系统臂架般设计桁架结构料布料皮带均设计环形皮带结构驱动装置电动滚筒
次设计容胎带机布料系统金属臂架计算分析布料臂架胎带机关键部件属典型悬臂结构设计合理否直接关系胎带机整设备安全运行设计求布料臂架桁架结构合理工艺简便整台设备短距离移动作业范围设备远距离转场时运输拆装调试方便 布料臂架金属结构设计布料系统基础臂中间臂前臂组成三节伸缩金属臂架结构进行设计分析优先进行单节臂架计算分析校核
查阅相关资料分析种伸缩臂架臂架采桁架式布臂架结构复杂工况繁杂边界条件稳定胎带机重承载部件保证设计分析研究应力应变等规律显极重[7]助ANSYS限元分析软件进行辅助设计简化设计流程精确设计结果节省设计时间ANSYS分析结果计算数进行修正
研究意义
通课题布料臂架金属结构进行全面系统计算分析研究更方便解设计流程掌握必机械设计辅助软件解型机械设计原理增长实际验事工作提供帮助设计流程中启发学工作启迪
采取技术路线方法
通互联网技术毕业实环节收集胎带机类似机构结构组成工作原理资料解结构组成工作原理收集桁架结构计算方法已50m胎带机资料基础进步模拟设计60m胎带机布料臂架手算基础初步确定桁架截距宽高等基尺寸运限元分析软件ANSYS进行简单校核分析
采ANSYS限元软件布料臂架进行参数化建模单节臂架单工况条件进行限元计算完成金属结构强度刚度校核根分析结果分析桁架否需进行局部加强添加加劲肋类措施保证设计结果安全
保证结果准确性先根已50m胎带机布料臂架尺寸建立50m布料臂架金属桁架结构模型进行分析熟悉设计流程掌握基方法尤参数化建模网格划分施加载荷方法60m胎带机布料系统金属桁架结构设计更加畅
ANSYS软件进行限元分析简单流程：
（1）分析布料臂架结构进行适量简化处理结构荷载进行参数化处理
（2）根零部件位置基APDL 参数化语言建立节布料臂架限元模型划分网格
（3）处理荷载边界条件限元模型计算结果进行综合分析校核桁架强度分析桁架受力变形状况桁架尺寸修改优化奠定基础
臂架进行限元结构分析时根实际工况（实际工况复杂考虑风载物料重等种素）仅考虑臂架俯仰考虑臂架伸缩涉计算工作工况较时间实际力限导师指导进行单工况臂架分析进行耦合整体臂架全工况分析通单工况分析优化提供参考鉴
预期成果形式
1开题报告份
2专业外文翻译篇
2胎带机布料系统金属臂架毕业设计说明书
3胎带机布料系统金属缩臂架图纸
4设计成果光盘张
时间安排
第12周：
⑴查阅关牵胎带机设计资料掌握胎带机工作原理结构组成
⑵熟悉计算机绘图理技巧达独立正确绘制般复杂程度零件图
⑶熟悉计算机Word文档较熟练进行文字公式处理
⑷部分学够限元软件金属结构进行计算分析
第34周：
毕业实完成开题报告（文献综述）外文翻译容
第5周：
确定胎带机总体设计方案
（1）阐述课题工程背景意义
（2）胎带机工作原理结构组成
第6~8周：
布料系统设计计算（含臂架伸缩机构布料输送系统支撑装置等）
第9~12周：图纸设计等
第13周：
⑴完善设计图纸
⑵整理装订设计计算说明书
⑶准备答辩
第14周：
毕业答辩
指导教师意见
签 名：
年 月 日
备注
参考文献
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