港口轨行式设备风力自锁防滑装置机理及试验研究

摘要

港口设备发展大型化，导致其重心提高和迎风面积增大，极易遭受大风破坏，特别是在风载作用下设备沿轨道的滑动极易与周边设备发生碰撞或碰到限位装置而倾翻。港口设备沿轨道防风抗滑能力直接关系到设备使用的安全性和可靠性，因此该技术的发展一直是港口设备安全使用领域关注和研究的难点。而现有的港口设备抗风防滑装置最大防滑力是港口设备自重或防滑装置的夹紧力与摩擦系数等参数的函数，而与风载荷无关；此外现有装置不能实时适应风载的变化，特别是对自然风和阵风适应能力较差，还达不到港口设备对阵风预防要求。因此，本论文基于风载激励自相关与机械自锁原理提出了一种风力自锁防滑装置，其特点是风载荷是装置防滑能力的原动力，防滑力与作用在港口设备的风载荷呈单调递增性。论文通过理论分析、数值仿真和试验方法研究了新型港口轨行式风力自锁防滑装置的机理和性能，为港口设备在防风抗滑方面研究工程运用提供理论依据和参考。本文主要的工作如下： （1）首先基于风载激励自相关与机械自锁原理提出了一种风力自锁防滑装置，并介绍了该防滑装置的结构特点、工作原理以及技术特点，推导出防滑装置的力学性能理论计算公式，以及该装置的自锁条件和设计准则。在此基础上，采用控制变量法，对防滑装置的关键结构参数进行了敏感性分析研究，并得到了优化模型。建立了风力自锁防滑装置的虚拟样机，仿真分析得到防滑装置各零部件间的结构强度、位移响应以及整机防滑力曲线。结果表明，港口设备在风载荷达到一定强度作用下被迫与风力自锁防滑装置产生相对微小距离滑移后，防滑装置进入防滑状态，设备停止沿轨道方向的滑移，且整机防滑力是外载荷单调递增函数。 （2）基于风力自锁防滑装置的自锁原理，提出了一种港口轨行式设备抗风防滑能力检测装置。该装置通过锁紧机构固定在被测设备轨道上，采用液压加载方式来模拟沿轨道方向的风载，通过监测港口设备开始产生位移时的风载模拟器输出力，得到港口设备抗风防滑能力值。论文建立了该装置的机理模型，获得了锁紧机构的自锁条件，采用试验方式验证了机理模型的准确性，研究了该装置在模拟沿轨道方向风载作用下港口轨行式设备的防滑力值。试验结果表明：利用该装置原理设计的抗风防滑能力检测装置，能够检测港口轨行式设备防滑性能，且该装置采用模块化设计拆装方便，便于在现场对不同设备的检测。 （3）对安装了风力自锁防滑装置的港口设备在自然风载作用下防风动态特性进行了深入探讨。论文针对港口设备的近地风场的特性，采用线性滤波法编程得到了不同随机自然风载，并将其施加到仿真模型中进行研究。分析结果表明：安装了防滑装置的设备能够有效的抵抗随机风载荷；当防滑装置完全进入工作状态后，整机防滑力变化规律与自然风力变化趋势相同。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 港口设备防风策略国内外研究现状

1.2.1 防风装置的研究现状

1.2.2 风载模拟的研究现状

1.2.3 防风装置性能检测方法的研究现状

1.3 现有研究存在的问题和不足

1.4 本文主要研究内容

第2章 风力自锁防滑装置的机理研究

2.1 引言

2.2 风力自锁防滑装置的构成与工作原理

2.2.1 基本构造

2.2.2 工作原理

2.2.3 技术特点

2.3 风力自锁防滑装置的力学模型

2.3.1 建立系统数学模型的有关假设

2.3.2 数学模型

2.3.3 摩擦状态判别及自锁条件

2.4 本章小结

第3章 风力自锁防滑装置的性能特征

3.1 前言

3.2 风力自锁防滑装置的结构参数分析

3.2.1 防滑装置结构参数对防风性能影响分析

3.2.2 结构参数优化设计

3.2.3 优化实例

3.3 风力自锁防滑装置防风效果的准静态仿真

3.3.1 分析建模

3.3.2 边界条件设置

3.3.3 仿真结果与分析

3.4 本章小结

第4章 风力自锁防滑装置力学性能试验研究

4.1 引言

4.2 抗风防滑能力检测装置的设计

4.2.1 检测装置的组成

4.2.2 检测装置的工作原理

4.2.3 抗风防滑能力检测装置的力学模型

4.2.4 锁紧机构自锁有效性仿真分析

4.3 风力自锁防滑装置的力学性能试验

4.3.1 试验目的

4.3.2 试验测试系统的组成

4.3.3 试验方案

4.4 试验结果与分析

4.5 本章小结

第5章 风力自锁防滑装置动力学仿真

5.1 前言

5.2 风载模拟与分析方法

5.2.1 脉动风速功率谱

5.2.2 脉动风速时程曲线的绘制

5.2.3 风载的选取与处理

5.3 仿真结果分析

5.3.1 位移时程响应分析

5.3.2 防滑力对比分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 主要创新点

6.3 研究工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果