滑轮组系统动力学仿真

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1、机电工程技术!""#年第$%卷第$期制造业信息化滑轮组系统动力学仿真杜红勇，艾志久，刘春全，安蓉&西南石油学院四川成都’("#"")摘要：为了对滑轮组提升系统进行动力学仿真，从而获得在水平匀速拖动下定滑轮、动滑轮的运动特性，以及钢丝绳与滑轮、钢丝绳与托架之间的相互作用力，采用系统动力学仿真软件*+*,-建立了滑轮组的动力学仿真模型。模型中使用./0123456&齿轮副)、7089:4523456&齿轮齿条副)成功地解决了钢丝绳与滑轮间的缠绕关系，建立了一套完整的滑轮组动力学仿真模型。最后通过使用;<6=45/使得该系统的仿真过程更加完美、逼真。该方法对于研究钻机、抽油机、矿井起升系统等

2、有类似于滑轮结构的系统动力学仿真有较好的参考价值。关键词：滑轮组；钢丝绳缠绕；系统动力学；仿真；*+*,-中图分类号：;$($>?文献标识码：*文章编号：(""@A@%@!&!""#)"$A""?$A"$(概述*+*,-采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方目前，一些钻机、修井机、抽油机等许多的升举系统程方法建立系统的动力学方程。*+*,-的计算程序应用大多都与滑轮或类似于滑轮机构的滚筒有着或多或少的联了吉尔（./01）的刚性积分算法以及稀疏矩阵技术，大大系。为了对这类升举系统进行运动学、动力学分析，并得提高了计算效率。它将多刚体系统分成%个部分：物体、到关键部件的运动特性，在一些产品

3、的开发初期就对其进约束、力、自定义的代数—微分方程。*+*,-采用拉格行系统仿真、优化，设计研究人员对类似于滑轮组机构的朗日乘子法建立的系统运动方程如下：仿真已迫在眉睫B(C。本文就如何在*+*,-环境下对某一特定滑轮组进行建模、仿真作了较为详细的剖析。*+*,-&*<63D0648+E50D48*50=EF4F3G,/8H05480=-EF6/D)软件是美国,+I&,/8H05480=+E50D48FI58>)公司开发的机械系统动力学仿真分析软件B!C。其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。*+*,-软

4、件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。!动力学方程的建立（(）*+*,-设计流程*+*,-的设计流程主要包括以下几个方面：!创建&J<4=K)模型并施加力和约束；"测试和验证模型；#细化模型和迭代；$优化设计；%定制界面。图(滑轮组示意图（!）动力学方程的建立收稿日期：!""%—"@—!%?$制造业信息化机电工程技术!""#年第$%卷第$期&’!"(")’!"("*",#*$,%.%相应的名称与图中一致。其中2345%是由两个直径不同的圆&!!#++-!#$柱’4(合并而成的。最后按要求修改他们的质量。完整约束方程"’#

5、&!(."（!）施加约束为了保证绳子与滑轮始终同步运行并在接触点处相非完整约束方程$（#&#$&!）’"切，需要在每段绳子与动、定滑轮接触点处使用@>34其中"——系统动能；NA=C50%1。这个约束需要钢丝绳托架’如2345!(来辅助完成，#——系统广义坐标列阵；它相当于绳子和滑轮之间的一个桥梁，这里绳子相当于%——广义力列阵；43H6，滑轮相当于I=C=AC。一方面，它通过O>PAJB5>NA=C5#——对应于完整约束的拉氏乘子列阵；’旋转副，以下简写为O>P(与滑轮连接，使它始终绕滑轮%——对应于非完整约束的拉氏乘子列阵。中心旋转，另一方面，它与绳子之间还需要使用,43CQJ3R

6、该方程的求解过程这里就不再赘述。5=AC3JNA=C5’移动副，以下简写为,43C(连接，使绳子相对<344=>42345可以自由移动。这样再通过@>34NA=C5将该旋表/关键点位置转副和移动副连接在一起就可以确保钢丝绳和滑轮相当于关键点)*(O3H6)3C&)2=C=AC，在接触点始终保持相切并且运行同步。//""""在施加@>34NA=C5时需要注意的一点就是旋转副和移动副$);;Y$"#//Y:?%"的4’JAH=5KF346>4(必须在<344=>4%"""2345上，而且(轴要指向啮合齿的受力方向。同时在绳子#"9#""与滑块，绳子与悬挂器，悬

7、挂器与地面之间均要使用?/""/""""GIT>4=H3JNA=C5’球副，以下简写为GIT(，使它们都能相对:"/""""转动，而不能相对移动。9):"Y:/":"Y:"另外，为了防止在运动中出现过约束，还需要在2345?;"//#""和2345:之间使用一个过渡件’2345/$(。这里2345:与//)!":"Y:""2345/"之间通过O>P连接，2345:与2345/$之间在/#点通/!")9#""/#/""/""""表!各种约束的使用