基于虚拟样机的门式启闭机动力学仿真研究

摘要

门式起重机是水利水电工程中不可缺少的大型设备之一，在水电站用于开启和关闭闸门的门式起重机称为门式启闭机。门式启闭机是典型的非标准设备，不同水电站对门式启闭机的要求都不同，因此每个新建水电站的门式启闭机都需要设计，设计任务繁重；而且随着门式启闭机的起重量和起升高度越来越大，对其动态特性的要求也越来越高，对设计方法和手段提出更高的要求。本文以广西省百龙滩水电站的250吨门式启闭机为研究对象，运用虚拟样机技术对其作业过程中的典型工况进行动力学仿真，探索动态设计理念在大型起重机械上应用的技术路线和实现方法，具有普遍的实用意义和工程应用背景。 本文探索了门式启闭机动力学虚拟样机的建模方法。根据刚性体、柔性体和钢丝绳的特点，分别给出了不同的建模方法。启闭机门架作为柔性体从ANSYS软件导入ADAMS；大车系统、小车系统、副起升机构、闸门和吊具等作为刚性体从Pro/E软件导入ADAMS；钢丝绳则用弹簧阻尼器连接节段的圆柱体进行模拟。最终在ADAMS中进行装配，建立了完整的门式启闭机的虚拟样机。 根据门式启闭机的作业特征，分析了其动态特性，并运用拉格朗日方程建立了系统的运动微分方程，推导出离地起升、小车运行、大车运行工况在起动和制动时的动载荷。 本文对门式启闭机作业时的离地起升、小车运行和大车运行三个典型工况进行了动力学仿真，得到了整机的位移时间历程、动应力、动变形以及各连接件之间的作用力等，较真实地反映了门式启闭机在作业过程中的动态特性。 总之，门式启闭机虚拟样机的动力学仿真研究，是先进的设计、分析、仿真技术应用于门式启闭机设计中的初步尝试，为设计高性能门式启闭机提供了有力的工具和实现方法，同时该方法还可以对门式启闭机进行虚拟实验，解决现场因砝码问题难以进行实验的状况。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外相关研究状况

1.3课题的研究内容

2 虚拟样机技术与ADAMS软件

2.1虚拟样机技术

2.2 ADAMS软件

2.3本章小结

3 基于刚-柔耦合的门式启闭机虚拟样机建模技术

3.1 门式启闭机的机械结构

3.2柔性体与刚性体的划分原则

3.3柔性体建模技术

3.4刚性体建模技术

3.5钢丝绳建模方法与技术

3.6门式启闭机整机模型的建立

3.7本章小节

4 门式启闭机离地起升工况的动力学仿真

4.1起重机的动力学特征

4.2起重机机构的质量推算

4.3离地起升工况动力学理论计算

4.4门式启闭机离地起升工况的仿真分析

4.5本章小结

5 门式启闭机大车运行工况动力学仿真

5.1 大车运行工况动力学理论计算

5.2 门式启闭机大车运行工况仿真分析

5.3本章小结

6 门式启闭机小车运行工况的动力学仿真

6.1 小车运行工况动力学理论计算

6.2 门式启闭机小车运行工况仿真分析

6.3本章小结

结论和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢