【摘要】：核電站環(huán)行橋式起重機(核環(huán)吊)是核電站內更換反應堆燃料、吊裝和維修反應堆廠房內重型設備時所用的特種起重機,特殊的工作環(huán)境對核環(huán)吊的定位精度提出了很高的要求。由于核環(huán)吊工作環(huán)境封閉、工作運行平緩,其吊點軌跡主要由系統(tǒng)自身結構決定,因此,滑輪鋼絲繩系統(tǒng),作為工程中常見的機械系統(tǒng),其布局和繞繩方式是影響核環(huán)吊吊點定位精度的關鍵因素。目前,國內外很多學者針對起重機吊重偏擺問題的研究取得了顯著的成果,但在處理滑輪鋼絲繩系統(tǒng)問題時卻過于簡化,所建模型已不適用于核環(huán)吊高精度定位的要求。本文基于核環(huán)吊起升機構的具體特點,對其吊點軌跡進行了系統(tǒng)性的分析,所做工作主要如下:(1)考慮滑輪鋼絲繩系統(tǒng)的具體布局和繞繩方式,提出了一種分析核環(huán)吊吊點軌跡偏差的準靜態(tài)平衡路徑法。在該方法中:給出了吊鉤滑輪組平衡路徑方程和系統(tǒng)繩長協(xié)調條件,并詳細討論了方程中所涉及的各種變量的性質和計算方法;提出了確保與鋼絲繩繞繩方式一致的空間滑輪公切線求解方法;在計算鋼絲繩拉力時,考慮了動滑輪位置改變所引起的拉力方向變化;綜合考慮鋼絲繩僵性效應和滑輪摩擦阻力的影響,得到了新的滑輪效率系數(shù),進而給出了滑輪兩端拉力的傳遞關系;給出了卷筒卷入的繩長、留在系統(tǒng)分支中的繩長的計算方法;討論了導向輪、平衡柱等部件對吊點軌跡的影響機理。最后,通過對吊重掛點的運動學分析,說明了所提方法的合理性,對于核環(huán)吊滑輪鋼絲繩系統(tǒng)的設計有一定的參考價值。(2)對于一些起升機構,其鋼絲繩兩端均連于卷筒,當提升重物時,兩端鋼絲繩同時驅動系統(tǒng)中的滑輪,導致在工作過程中部分滑輪的轉動方向可能會發(fā)生改變,進而影響滑輪兩端的拉力傳遞關系。針對這一問題,本文將提升高度作為系統(tǒng)基本描述參數(shù),將吊鉤組運動速度、轉動速度及鋼絲繩拉力變化率作為系統(tǒng)廣義速度,通過對空間滑輪公切點坐標方程對高度求導得到滑輪入繩點和出繩點的速度,進而得到拉力方向變化率;然后對吊鉤組平衡方程與協(xié)調條件求一階偏導數(shù),把高度非線性的平衡路徑方程轉換為一階微分方程進行求解,并采用約束穩(wěn)定化方法防止數(shù)值求解中出現(xiàn)違約,提出了一種更具普適性的滑輪鋼絲繩系統(tǒng)吊點軌跡分析的一階微分模型,可應用于不同類型的核環(huán)吊起升機構。通過數(shù)值算例,驗證了該模型的有效性,并且相比于原來的非線性方程,一階微分模型顯著加快了計算效率。(3)為準確分析吊點偏擺,提高吊點定位的精度,本文將提升速度作為已知參數(shù)建立了吊鉤組的剛體動力學方程。在已知滑輪入繩點和出繩點速度的基礎上,進一步推導了滑輪入繩點和出繩點加速度的表達式,進而給出了卷筒參數(shù)協(xié)調方程和系統(tǒng)繩長協(xié)調方程的二階微分形式,并采用約束穩(wěn)定化方法防止違約的出現(xiàn)。根據(jù)高度方向上達朗貝爾原理得到鋼絲繩拉力,進而得到吊鉤組加速度、卷筒參數(shù)加速度等所滿足的二階微分方程。將吊鉤組動力學結果與前述的平衡路徑結果對照,驗證了結果的正確性,分析結果對于核環(huán)吊的運行控制有一定的參考價值。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM623
【圖文】：

核環(huán)吊是核電站（Ｎｕｃｌｅａｒ邋ｐｏｗｅｒ邋ｐｌａｎｔ，簡稱ＮＰＰ）用環(huán)行橋式起重機的簡稱，主要逡逑包括環(huán)形鴕座、大車旋轉機構、橋架、小車運行機構、主、副起升機構及控制系統(tǒng)等，逡逑圖１．２所示為大連重工？起重集團造國內首臺國產(chǎn)化第三代ＥＰＲ邋（Ｅｕｒｏｐｅａｎ邋ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ逡逑ｒｅａｃｔｏｒ）核環(huán)吊，圖１．３所示為核環(huán)吊主要結構示意圖。與一般橋式起重機不同的是核逡逑環(huán)吊的大車可沿其環(huán)形鴕座上部的軌道運行，主起升機構尺寸大、滑輪數(shù)量多、鋼絲繩逡逑纏繞方式復雜、工作緩慢、比較耗能，適用于起重量大的工況，如圖１．４所示；而副升逡逑機構結構比較簡單，能耗低，適用于吊重較小的情況。逡逑圖１．２第三代ＥＰＲ核環(huán)吊逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｔｈｉｒｄ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ＥＰＲ邋ｐｏｌａｒ邋ｃｒａｎｅ邋ｉｎ邋ｎｕｃｌｅａｒ邋ｐｏｗｅｒ邋ｐｌａｎｔ逡逑核電站反應堆廠房一般為圓柱形廠房，工作環(huán)境封閉，在運行維護階段，核環(huán)吊用逡逑于核電站內吊運壓力容器頂蓋和堆內構件、更換反應堆燃料、維修廠房內重型設備等。逡逑核島內高溫、高壓、高濕度的工作環(huán)境，以及吊裝過程中有可能直接或間接引起的放射逡逑－４邋－逡逑

核環(huán)吊是核電站（Ｎｕｃｌｅａｒ邋ｐｏｗｅｒ邋ｐｌａｎｔ，簡稱ＮＰＰ）用環(huán)行橋式起重機的簡稱，主要逡逑包括環(huán)形鴕座、大車旋轉機構、橋架、小車運行機構、主、副起升機構及控制系統(tǒng)等，逡逑圖１．２所示為大連重工？起重集團造國內首臺國產(chǎn)化第三代ＥＰＲ邋（Ｅｕｒｏｐｅａｎ邋ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ逡逑ｒｅａｃｔｏｒ）核環(huán)吊，圖１．３所示為核環(huán)吊主要結構示意圖。與一般橋式起重機不同的是核逡逑環(huán)吊的大車可沿其環(huán)形鴕座上部的軌道運行，主起升機構尺寸大、滑輪數(shù)量多、鋼絲繩逡逑纏繞方式復雜、工作緩慢、比較耗能，適用于起重量大的工況，如圖１．４所示；而副升逡逑機構結構比較簡單，能耗低，適用于吊重較小的情況。逡逑圖１．２第三代ＥＰＲ核環(huán)吊逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｔｈｉｒｄ邋ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ邋ＥＰＲ邋ｐｏｌａｒ邋ｃｒａｎｅ邋ｉｎ邋ｎｕｃｌｅａｒ邋ｐｏｗｅｒ邋ｐｌａｎｔ逡逑核電站反應堆廠房一般為圓柱形廠房，工作環(huán)境封閉，在運行維護階段，核環(huán)吊用逡逑于核電站內吊運壓力容器頂蓋和堆內構件、更換反應堆燃料、維修廠房內重型設備等。逡逑核島內高溫、高壓、高濕度的工作環(huán)境，以及吊裝過程中有可能直接或間接引起的放射逡逑－４邋－逡逑

能化程度較高，能自動精確定位，因而對操作人員的技術要求不高，但是對于核環(huán)吊相逡逑關部件的加工制造、設計工藝要求很高。逡逑圖１．３核環(huán)吊結構示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｓｋｅｔｃｈ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｏｌａｒ邋ｃｒａｎｅ邋ｉｎ邋ＮＰＰ逡逑－５－逡逑

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本文編號：2775595