大型擦窗机行走机构结构分析与优化

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1、分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文大型擦窗机行走机构结构分析与优化作者姓名：徐畅入学年份：2014年9月指导教师：郑夕健教授学科专业：机械设计及理论申请学位：工学硕士所在单位：机械工程学院论文提交日期：2017年1月论文答辩日期：2017年3月学位授予日期：2017年3月答辩委员会主席：舒启林答辩委员会组成：侯祥林费烨韩泽光穆存远论文评阅人：硕士研究生学位论文摘要I摘要擦窗机作为高空作业的特种非标产品，已经成为高层及超高层建筑外墙维护、清洁的重要机械设备。随着异形墙面建筑的发展

2、，为扩大擦窗机作业范围，满足更高的作业要求，臂长超过30m的大型擦窗机逐渐发展，且伸缩臂型屋面轨道式擦窗机逐渐成为主流机型。擦窗机伸缩臂节数的增加和长度的增长，会使整机的质量及重心发生改变，对作为擦窗机整机的支撑基础部件的行走机构带来不利的影响，直接影响整机的性能及安全性。擦窗机结构的失效可能会造成重大事故，产生严重后果，故擦窗机的大型化对其行走机构的运行及承载能力均提出更高的要求。本文首先利用SolidWorks三维建模软件建立擦窗机整机的三维模型，将其导入ADAMS仿真软件中，完成擦窗机的虚拟样机

3、模型。根据擦窗机完整工作循环过程进行动力学仿真分析，获得擦窗机运行的速度、加速度，轮轨接触力等运动特性和动力参数，找到危险工作位置，为擦窗机行走机构的结构有限元分析及优化做准备并提供数据支持。行走机构分为承重轮和框架结构两部分，针对行走机构的承重轮，分别运用赫兹接触理论和有限元弹性接触分析的方法对承重轮与轨道进行弹性接触分析，结果发现有限元弹性接触分析的方法与赫兹理论计算方法相比，限定条件少，精度较高，较为符合实际接触状态。对承重轮与轨道进行有限元弹塑性接触分析，与弹性接触分析结果进行对比可见承重轮已

4、达到材料屈服极限，其轮轨材料显示出较好的承载能力。基于APDL参数化语言，在ANSYS软件中建立擦窗机整机有限元模型，对其进行力学分析，发现整机最大应力出现在行走机构框架的立轴上，通过分析其应力、应变情况，找到行走机构框架结构的薄弱位置，并依据特征值屈曲分析结果判断整机稳定性，为结构优化和改进提供依据。最后，针对行走机构进行优化，利用ANSYS优化模块对承重轮进行轻量化研究，对框架结构进行结构改进，并对优化方案进行强度、刚度、稳定性校核，验证优化的合理性。目前，大型擦窗机还属于发展初期，针对其行走机构

5、的研究还较少，本文对擦窗机行走机构的承重轮进行接触分析，提出基于改善轮轨接触状态的优化方法，对整机运行性能的提升有着较大意义；对框架结构进行力学性能分析并进行结构改进，可在一定程度上使擦窗机下车部分实现等应力分布，对大型擦窗机的设计与研发提供参考和依据，为擦窗机技术的发展奠定基础。关键词：行走机构；承重轮；动力学仿真；轮轨接触；弹塑性分析；APDL结构优化II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractBuildingmaintenanceunit(BMU)asthe

6、specialnon-standardequipmentworkingonthehigherlevels,hasbecometheimportantmechanicalequipmenttomaintainandcleantheexternalwallofhigh-riseandsuperhigh-risebuilding.Withthedevelopmentofthebuildingofspecial-shapedwall,inordertoachievethepurposeofexpandingt

7、hescopeofoperationandtomeetthehigheroperationalrequirements,thelargebuildingmaintenanceunitwithmorethan30mjibhasgraduallydeveloped.Thetypicaltelescopicarmbuildingmaintenanceunitsuspensionrigontwinrooftrackgraduallybecomethemainstreammodels.Operatedtrave

8、rsemechanismisthesupportbasiscomponentandthegrowthoftelescopicjibsectionandthetelescopicarmlengthmayresultinachangeinthequalityofthewholemachineandthegravitycenterandbringoperatedtraversemechanismsadverselyeffects.Operatedtravers