防辐射挖掘机驾驶室复合钢铅板结构设计与力学分析

摘要

目前，核电站在世界上已经运行了五六十年，为解决人类能源问题做出了很大的贡献，但核设施寿命是有限的。大量的核设施将陆续进入退役，因此需要防核辐射机械工具进行退役施工；运行中的核电站也有泄露事故发生，需要施工处理。核电站充满大量的辐射，如果施工或者防范措施不当，会对人体带来很大的伤害。因此，针对上述情况设立课题，主要任务是研制放射性环境下安全作业设备即防辐射挖掘机。对于本论文主要研究的是：挖掘机驾驶室放射性物质的屏蔽、钢铅板结构设计和驾驶室的结构力学性能分析。抗振防核辐射复合钢铅板，主要用于密闭挖掘机驾驶室。本论文主要研内容如下：
　　（1）挖掘机驾驶室的放射性材料分析。目前，有很多可以防辐射的材料，包括高分子防辐射材料，而针对挖掘机要选用合适的防辐射材料，做到经济又能达到防辐射性能要求。材料选用工业纯铅，纯度为99％；厚度为22mm。
　　（2）抗振高强度复合钢铅板的设计。铅块参数：长为1.8m，宽为1.6m，厚度为22mm，重量达到718kg；铅的硬度很低，易于变形。为解决问题，设计出复合钢铅板。钢板盒子里面壁上，焊接22个折弯钢片（筋板）。铸铅后通过加固折弯钢片，使铅与钢板紧密结合。
　　（3）复合钢铅板的结合力实验。实验测出没有紧固折弯钢板时，铅板和钢板的结合力系数为389（N/m2）；当有一个紧固折弯钢板时，结合力约为3553N/(个)。对于不同的钢铅板，焊接数量不等的紧固折弯钢板。
　　（4）复合钢铅板的有限元分析。利用有限元分析软件对复合钢铅板进行拉伸模拟仿真，仿真结果与实验结果对比，分析误差在±8%之内，对不同的折弯角度进行分析，为设计提供数据参考。对复合钢铅板进行模态分析，谐响应分析等。对分析结果进行研究，挖掘机发动机怠速时激振频率为32.7～34.7Hz和钢铅板的模态频率44.2H，相差约为9.5Hz，不会发生共振；挖掘机正常工作时，激振频率为62.2Hz和钢铅板模态频率84.9Hz，相差约为22.7Hz，因此不会引起共振。
　　（5）防辐射复合钢铅板驾驶室的有限元分析。复合钢铅板驾驶室整体分析：主要分为翻倾保护结构（roll.over protective structure）简称ROPS、落物保护结构（falling.object protective structure）简称FOPS和挠曲极限量（deflection.limiting volume）简称DLV，分析得出ROPS最大变形为14.4mm，小于空间距离262mm；FOPS最大变形为59mm，小于空间距离131mm，因此驾驶舱的变形不会侵入DLV内，保证了工作人员的安全。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源与研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及研究目标

1.4 本文的特色及创新之处

第2章 复合钢铅板驾驶室设计方案

2.1 防辐射驾驶室屏蔽装置设计

2.2 防辐射钢铅板的设计

2.3 防辐射驾驶室结构设计

2.4 本章小结

第3章 复合钢铅板的结合力分析

3.1 放射性物资屏蔽材料简述

3.2 复合钢铅板力学实验

3.3 钢铅板抗拉模拟仿真

3.4 本章小结

第4章 复合钢铅板改进力学分析

4.1 钢铅板静力学分析

4.2 钢铅板动力学分析

4.3 本章总结

第5章 复合钢铅板驾驶室安全性分析

5.1 复合钢铅板驾驶室安全性能要求

5.2 复合钢铅板驾驶室ROPS分析

5.3 复合钢铅板驾驶室FOPS分析

5.4 复合钢铅板驾驶室DLV分析

5.5 复合钢铅板驾驶室动力学分析

5.6 本章总结

第6章 总结与展望

6.1 本文总结

6.2 研究展望

参考文献

作者攻读学位期间的科研成果

致谢