靶室内部维护设备设计与分析

摘要

本课题来源于国家重大科研项目“神光Ⅲ”工程，所研制的靶室内部维护设备用于主机激光装置项目中靶室内部维护。大型激光实验装置日常的拆卸维护水平要求苛刻。维护设备不单须含有常规高空作业设备的所有功能，同时能应对狭窄、洁净等靶场特殊的复杂工作环境，因此项目亟需专用的靶室内部维护设备辅助完成靶室作业任务。课题研制设备具有大型重载、多自由度、工作范围大、收缩体积小等特点，满足具有特殊要求的靶场作业需求，也能扩展至类似具有特殊要求的维护设备研究。
　　本文首先根据靶场复杂的环境和任务需要，通过对比不同高空作业设备方案，提出了一种新型的可伸缩工作平台方案。采用Pro/E建立设备三维模型，对其工作原理、结构形式进行了详细论证，拟定了靶室内部维护设备的总体方案及各组成部分的方案。其次，详细设计了靶室内部维护设备的伸缩工作台、竖直伸缩臂和底盘系统等主要系统，然后，对竖直伸缩臂稳定性和各种工况下整车抗倾翻稳定性进行了核算。
　　靶室内部维护设备的动、静态特性是影响设备性能的关键性因素。本文基于ANSYS平台对靶室内部维护设备整机作有限元分析。在极限工作位置工况进行模态分析，得到了整机的固有频率和相应振型，从而使整机工作时有效的避开共振频率，并为刚柔耦合动力学分析提供了基础。然后，在极限工作位置工况情况下加载进行静力学分析，整车和重要部件的有限元静力的计算结果表明该设备的等效应力均小于材料的许用应力，满足强度要求。整机和重要部件最大变形满足设计规范中的刚度要求。
　　大型起重机械在工作过程中，由于惯性引起的动载效应不能忽略，需要进行多体系统动力分析。本文基于D-H齐次坐标变换对靶室内部维护设备进行运动学分析，推导工作台末端位移显式表达式，确立了其可达工作空间，并为动力学分析提供了基础；其次，采取等效元素集成法建立了系统的动力学方程；然后，在ADAMS平台对靶室内部维护设备进行了刚—柔耦合动力学仿真，绘制出相应的液压缸受力曲线，为液压系统的设计提供依据，绘制了相应的位移、速度和加速度曲线，分析了设备的工作空间的可达性及运行稳定性；最后，以伸缩臂质量最小为目标，对伸缩臂结构进行优化，减轻了设备自重，实现操作轻便化。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 起重机械装备的发展现状

1.3 起重设备结构设计研究综述

1.4 主要研究内容

第2章 靶室内部维护设备总体设计

2.1 靶室内部维护设备功能要求和组成

2.2 设备总体方案和子模块方案的确定

2.3 本章小结

第3章 靶室内部维护设备结构设计

3.1 伸缩工作台设计

3.2 竖直臂结构设计

3.3 底盘系统设计

3.4 靶室内部维护设备稳定性分析

3.5 本章小结

第4章 靶室内部维护设备动静态特性分析

4.1 有限元模型的建立

4.2 动态特性分析

4.3 静力学分析

4.4 本章小结

第5章 靶室内部维护设备动力学分析

5.1 运动学分析

5.2 动力学方程建立

5.3 靶室内部维护设备刚柔耦合adams动力学分析

5.4 水平伸缩臂结构优化

5.5 本章小结

结论

参考文献

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