基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳的配丝方法技术

一种基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法，属于钢丝绳产品设计技术领域。该方法基于钢丝绳间隙设计理念，采用数值模拟仿真方法，以渐进迭代、逐步趋近的方式进行设计计算。具体包括给定三角股组件的外径或内径要求、股结构、股中各层钢丝的捻距倍数、股中同层相邻钢丝间的间隙及其误差，在保证各层相邻钢丝之间结构和间隙要求的条件下，计算三角股配丝状况、捻制参数，通过调整配丝方案，使设计结果能更好的符合生产实际和产品性能要求。优化设计计算包括正向设计计算和反向圆整校验计算两部分，两部计算配合使用，即在正向计算后，一次或多次进行反向圆整校验计算，直到获得满足设计要求的设计参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钢丝绳产品设计
，特别涉及一种基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳配丝设计方法。
技术介绍
三角股钢丝绳因与匹配轮槽接触面积大、破断拉力值高、使用寿命长等显著优点而在煤炭、冶金、有色等行业得到广泛应用，是不可替代的钢丝绳品种，历来受到生产者与使用者的高度重视。对于三角股钢丝绳，三角股中钢丝捻制变形随其在股中所处位置不同而呈现周期性变化，正是这种变化，导致其捻制参数设计不像圆股钢丝绳那样遵循各层钢丝捻角相等或捻距相等的原则。三角股钢丝绳配丝设计的核心在于三角股的设计。三角股传统设计方法采用经验估算的方法，结构设计理论不完善。 传统的三角股设计方法依据一定的假设前提条件，采用解析几何方法推导计算公式，存在如下问题 1、不考虑加工捻制过程对三角股中丝的周期性形变影响，假设丝截面均是标准圆形，该假设的前提条件不符合实际情况； 2、三角股设计通常采用估算包络线c长度而计算钢丝规格(直径)的方法，但实际难以对c进行合理的估算(c的含义如图3)； 3、没有考虑三角股中同层相邻钢丝之间的间隙； 由此，传统设计方法计算准确性低、计算结果不能真实反映实际情况、不能适应钢丝绳间隙设计理念，致使无法将设计结果直接运用于生产实际，造成了设计与生产的脱节。
技术实现思路
本专利技术针对现在技术存在的问题，提供一种基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳配丝优化设计方法，可在设计阶段真实反映三角股钢丝绳加工后的钢丝形态变化、利用计算机进行渐进迭代计算、实现三角股钢丝绳配丝优化设计计算的方法。 图1为某三角股钢丝绳产品及其三角股组件的截面图，其中(a)为三角股钢丝绳产品截面，(b)为双层点接触的三角股，在直径为dx的绳芯中，可以根据生产工艺填充不同的物质。 三角股钢丝绳产品配丝优化设计问题的核心在于其三角股组件的设计。给定三角股组件的外径要求(外接圆直径/半径)或内径要求(内切圆直径/半径)、股结构、股中各层钢丝的捻距倍数，在保证各层相邻钢丝之间结构和间隙要求的条件下，计算三角股的配丝状况、不同位置钢丝的捻制参数(捻角、捻缩率)、同一三角层钢丝的平均捻制参数(捻角、捻缩率)，最终使整绳设计性能达到最优。三角股钢丝绳中三角股组件的结构配丝优化设计过程可划分为正向设计计算和反向圆整校验计算两部分，在整个设计过程中，这两部分需要配合使用。 正向设计计算给定三角股钢丝绳的绳外径、绳捻距倍数、三角股间间隙及间隙误差要求，计算得到三角股组件的外径要求(外接圆直径/半径)或内径要求(内切圆直径/半径)，结合给定的三角股结构、股中各层钢丝的捻距倍数、各层相邻钢丝间的间隙要求、间隙允许误差，考虑三角股实际捻制工艺，计算三角股的配丝状况计算三角股中各钢丝的规格和位置、各钢丝捻制参数(捻角、捻缩率)、相邻钢丝间的间隙、同一三角层钢丝的平均捻制参数(捻角、捻缩率)、相邻钢丝间隙的平均值；计算得到绳芯直径； 反向圆整校验计算给定组成三角股的各钢丝规格、三角股结构股结构、股中各层钢丝的捻距倍数，考虑三角股实际捻制工艺，计算三角股中各钢丝的位置、各钢丝捻制参数(捻角、捻缩率)、相邻钢丝间的最短距离、同一三角层钢丝的平均捻制参数(捻角、捻缩率)、相邻钢丝间隙平均值；给定绳芯直径，计算三角股钢丝绳的绳外径以及相邻三角股间间隙； 设计参数 三角股钢丝绳中，三角股组件的设计参数如示意图1所示，包括 1)绳外径三角股钢丝绳产品的外径(直径)D(设计要求)； 2)股组件外径三角股的外接圆直径D1； 3)股组件内径三角股的内切圆直径D2； 4)股结构三角股组件的结构(设计前只能给出各层钢丝数量，不能给出各钢丝的位置)； 5)绳中股间间隙绳中相邻三角股组件间的最短距离Cg； 6)股中丝间间隙股组件中，同层相邻钢丝之间的最短距离Cs； 7)丝规格股组件中使用的钢丝在捻制变形前的截面直径ds； 8)捻制参数捻制角、捻缩率、捻距、捻距倍数；三角股中除计算各位置钢丝的捻制参数外，还要计算同一三角层内，各钢丝捻制参数的平均值；除捻距倍数外，其他捻制参数设计前是未知的； 9)位置参数原心距、偏移角、差额角；如图2所示，a代表钢丝捻制变形后椭圆的长轴，b代表钢丝捻制变形后椭圆的短轴，R代表原心距，θ代表偏移角，α代表差额角，t代表(0，360°)的参变量； 10)绳芯直径三角股钢丝绳中心处的直径dx； 11)股高H，股宽W。 设计方法 渐进迭代的三角股钢丝绳配丝设计方法是基于钢丝绳间隙设计思想，不预先对三角股中钢丝形态进行任何假设，直接考虑钢丝绳及其股组件的捻制加工状态，采用数值模拟仿真方法，以渐进迭代、逐步趋近的方式进行设计计算，可在设计过程中真实反映三角股钢丝绳产品及其股组件的实际捻制状态和捻制工艺参数，提高设计的精准度和真实度，符合实际生产情况。 该方法的基本思路为正向设计计算方法根据三角股钢丝绳设计要求，生成三角股初始配丝方案，计算得到三角股设计所需的内径(或外径)；根据三角股内径(或外径)及结构要求，产生三角股中钢丝的规格及位置初始解；根据三角股结构、内径、间隙、捻制工艺等要求，考虑钢丝的实际捻制状态，通过渐进迭代、逐步趋近的方式，逐个调节同一周期不同位置的钢丝的位置参数、捻制参数，将不满足结构、间隙、内径(或外径)要求的初始配丝方案逐渐推进，最终得到满足各项要求的配丝方案。反向圆整校验计算方法根据给定的配丝方案、股结构、捻距倍数，通过渐进迭代、逐步趋进的方式，得到未知的位置参数，进一步调节钢丝直径，从而计算得到给定条件下的各项结构参数，并对修改后的配丝方案进行校验计算。三角股钢丝绳设计的核心问题在于三角股的设计。 三角股钢丝绳产品设计中需要考虑三角股钢丝绳中三角股组件内径(或外径)的计算、三角股中钢丝捻制后的变形情况描述、位置描述、间隙求解、位置关系判断、初值估算等几个基础性技术，这几项技术的处理方法可以描述如下 (1)三角股钢丝绳中股内径计算一般来说，三角股钢丝绳需要6个三角股来组成绳的主体部分，这是因为三角股的顶角为π/3。在给定绳外径及其增量要求、股间间隙要求、捻距倍数的情况下，计算得到三角股捻制前的内径要求； (2)绳芯直径的计算方法设三角股钢丝绳外径要求为D，三角股股高为H，则绳芯的直径dx＝D-2H；绳芯可以采用纤维芯、圆股或圆股钢丝绳； (3)捻制变形考虑钢丝绳捻制成形的特殊生产工艺，截面为圆形的钢丝在捻制后将形变为椭圆。如果设三角股中钢丝的捻制角为β，捻制前三角股中钢丝的半径为b，则捻制成椭圆后，其短半轴长度为b，长半轴长度为b/cos(β)； (4)位置描述考虑三角股中钢丝的捻制状态，可以将其在二维平面上的位置描述如下 其中，a-代表椭圆长轴；b-代表椭圆短轴；t-代表(0～360°)的参变量；θ-代表偏移角；c-代表差额角；R-代表圆心距；c＝π-α-θ，其中α为长轴所在直线与X轴正向的夹角。公式描述具体示意图如图2； (5)间隙求解由于绳中股(或股中丝)的捻制变形，很难得到关于间隙的解析，因此依靠计算机可以得到相邻绳中股(或股中丝)在捻制变形后的间隙，其计算方法为分别取相邻钢股(或钢丝)之间可能出现最短距离的区间C1、C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于几何关系渐进迭代的三角股钢丝绳设计方法，其特征在于该方法基于钢丝绳间隙设计，根据钢丝绳捻制加工后的形态，采用数值模拟仿真方法，以渐进迭代、逐步趋近的方式进行设计计算，所述设计计算包括正向设计计算和反向圆整校验计算，两种计算配合使用，即在正向计算后，一次或多次进行反向圆整校验计算，直到获得满足设计要求的设计参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庞哈利，杜素忠，
申请(专利权)人：庞哈利，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]