核电站反应堆厂房安全壳是保证核安全的重要屏障,一般设计为预应力钢筋混凝土壳体结构。由于预应力束很难穿过呈倒“U”形布置的大曲率长孔道,传统卷扬机无法满足施工要求。惊天智能股份有限公司为满足核电站建造的需要,专门研发设计了预应力穿束机卷扬系统。预应力穿束机卷扬系统包括卷扬设备和导向设备,其中卷扬设备主要为穿束作业提供动力且能够自动完成收绳和排绳等工作,同时可以根据反应壳的高度来调整支柱的高度,导向设备主要控制预应力束的传送方向,防止预应力束在穿束过程中发生偏移。这两台设备工作环境非常特定,一般只在核电站反应壳中进行工作。在设备设计研发过程中,机械零件的设计与制造是开发的关键。本课题运用CAE技术对卷扬设备和导向设备进行静力学、运动学、动力学分析并对两台设备进行试验,主要工作如下:(1)介绍了两台设备的整体方案设计,利用SolidWorks建立了卷扬设备和导向设备的三维模型并对模型进行了干涉检查。(2)将三维模型导入ADAMS中,对卷扬设备进行运动学仿真,得到卷扬设备的支柱升降和卷扬机左右移动的位移、速度以及加速度,同时也进行了动力学仿真,得到导轨中的滚轮与底座之间的接触力,并用赫兹公式计算出最大体内接触应力以及合成接触应力,对滚轮的寿命进行了粗略估算。(3)运用有限元前处理软件HyperMesh建立了卷扬设备以及导向设备的有限元模型。然后导入ANSYS中,对导向设备在两个极限工况下和卷扬设备在四个极限工况下分别进行了后处理,得到了整机以及各部件的应力和位移云图,并查看了应力和位移的最大位置。经校核,两台设备均满足刚度和强度要求。(4)对已经建造好的卷扬设备和导向设备进行了出厂前的调试以及现场试验。对两台设备进行了运行试验和穿束作业,并检查了设备在穿束工程中的稳定性,同时也对液压系统密封性、油路和电路等管线、焊接质量、外漏钣金件、机体外形尺寸、电气控制、涂漆颜色等进行了检查和测量。结论:根据设计要求对两台设备进行了三维建模、运动学仿真、动力学仿真、静力学分析以及试验,得到的结果均满足设计要求,为预应力穿束机卷扬系统的设计和改进提供了理论依据。