钢结构作业平台结构仿真分析与安全门禁系统设计

摘要

钢结构作业平台是重要的地铁车辆检修设备，包括结构部分和安全门禁系统两部分。该平台主要用于库内检查人员、设备及运输工具在相同的时间段内围绕整列地铁车辆全方位地作业，对车辆已有故障进行修理并排除隐患故障，安全门禁系统通过联锁防误控制用来保证作业人员的安全。虽然国内已有车场用钢结构作业平台，但其结构尺寸和技术规格均与本文研究的设备有较大差别，尤其是安全门禁系统需要重新设计。
　　 本文首先对作业平台的结构形式和连接方式进行了设计，初步确定了钢结构各个部分的型材尺寸，然后对支撑立柱、横梁和纵梁等主要承重部件进行了刚度、强度和稳定性计算，最后对以上性能计算结果和许用应力值进行了验证校核。
　　 针对本文中钢结构构件均为梁杆件的特点，通过大型有限元分析软件ANSYSWorkbench采用概念建模方法建立了整体的钢结构有限元模型，并对其进行了静态力学分析，模态分析和抗震性能分析。通过对结构在恒载和活载作用下的静力分析，找到了整体和指定方向最大变形和最大应力的位置，为工程实际提供参考。模态分析是动力学分析的基础，本文介绍了模态分析的基本理论并对结构整体进行了前30阶模态分析，在结果中列出了钢结构的前六阶振型。采用时程分析法对钢结构在地震作用下的动力响应进行了分析，并对分析结果的安全因子和稳定性计算结果进行了比较与分析。
　　 通过Pro/E软件建模，并导入到ANSYS Workbench中，对关键受力部件--支撑立柱和地脚螺栓分别对其进行了线性屈曲分析和静力分析，并对结果进行了分析验证。
　　 安全门禁系统是通过对受电弓、电网、接地、车辆和门禁装置等输入输出信号的联锁控制，实现作业人员安全出入钢结构作业平台的系统，主要包括PLC控制子系统、门禁控制子系统、机械编码锁管理子系统、安全警示子系统和图像监控子系统。本文对各个子系统分别进行了设计和布置，并编写了PLC主从站控制程序，实现了对各种信号的联锁控制和判断，并做出了实验样板进行了调试验证。