靶室内防护层拆装设备设计与分析

摘要

本课题来源于国家重大科研项目“神光Ⅲ”工程中靶场辅助工装子项目，所研制的设备用于激光装置中靶室内壁辐射防护板（防护层）拆装作业。针对防护层要镶嵌铺满高空靶室内壁的特殊要求，设计了一套由升降运输设备搭载微调拆装设备进行防护层拆装作业的专用设备，详细介绍了设备具体结构，对整机进行了动、静态特性仿真分析，并对设备关键结构进行了机械优化设计。
　　本文首先根据拆装作业环境及功能要求，进行了总体设计规划，将设计任务分解为防护层微调拆装设备和升降运输设备两部分。在此基础上，在CREO中建立整机三维模型，进行各部件详细结构设计及计算，包括微调拆装设备锁紧机构的锁紧原理、互锁机制、尺寸及驱动设计，六自由度微调机构工作空间求解，升降运输设备的伸缩臂、变幅机构，底盘及卷扬运输机构等，论证了方案的可行性。
　　为提高设备结构的安全可靠性，在有限元分析软件Workbench中，对整机进行了静力学仿真分析，得到各构件的应力及位移情况，验证了设备的强度、刚度均满足条件，并且对结果进行分析，发现设备的强度薄弱位置，对相关结构进行改进。另外，对升降运输设备在极限工况下进行模态分析，得到其前6阶的固有频率及振型，使设备工作时有效避开共振频率。
　　考虑动载荷对拆装设备性能的影响，对整机进行多体动力学分析。借助ADAMS多体动力学仿真软件，建立升降运输设备的刚体以及刚柔耦合动力学仿真模型，分析其竖直臂起升、摆臂变幅、摆臂伸缩三种工况下的运动学及动力学特性，验证了设备空间可达性以及运动平稳性。对微调拆装设备锁紧机构楔形滑块进行接触分析，求解了楔形滑块接触力以及装配驱动力。
　　对设备关键部件进行优化设计。建立伸缩臂截面尺寸优化数学模型，利用MATLAB优化工具箱求解伸缩臂在满足强度、刚度条件下最优截面尺寸；对六杆变幅机构动态性能进行优化，在ADAMS中建立优化模型，以六杆机构各铰接点位置为参数进行优化分析，得到使摆臂变幅运动平稳的最优机构参数。优化后摆臂角加速度明显减小，同时电动缸的驱动力也得到大幅减小。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 课题主要研究内容

第2章 防护层拆装设备总体及结构设计

2.1 防护层拆装设备的总体设计

2.2 微调拆装设备的结构设计

2.3 升降运输设备的结构设计

2.4 本章小结

第3章 防护层拆装设备结构有限元分析

3.1 升降运输设备静力学分析

3.2 微调拆装设备静力学分析

3.3 升降运输设备模态分析

3.4 本章小结

第4章 防护层拆装设备动力学分析

4.1 升降运输设备动力学建模

4.2 升降运输设备ADAMS动力学仿真

4.3 锁紧机构ADAMS动力学仿真

4.4 本章小结

第5章 防护层拆装设备机械优化设计

5.1 伸缩臂截面尺寸优化

5.2 六杆变幅机构动态性能优化

5.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢