大型重载消防试验吊顶液压升降机械系统设计

摘要

火灾伴随火的发现和利用而产生，与人类文明的发展有着密切的关系。经济社会的快速发展给人们的生产和生活方式带来了显著的变化，人员聚集场所、易燃易爆场所和超大规模与复杂建筑增多，大量新技术、新材料、新工艺和新能源的采用，增加了致灾因素与火灾风险。从国际与国内消防科技发展现状和发展趋势可以看出，为了精确而高效地研究火灾机理及灭火方案，挖掘新的耐火材料，需要进行能够完全真实再现火灾现场的实体消防实验。 大空间消防试验是最重要的火灾实体试验之一，通过升降系统对试验吊顶高度的精确控制，准确模拟实际建筑设施的空间构成，辅以其他设备，可以真实再现火灾现场，从而完成一系列的火灾实体试验。 本论文根据公安部天津消防研究所大空间消防试验的要求，为其研制了一套消防试验吊顶液压升降机械系统，该系统可驱动面积为33m×33m、满载重量为75t试验吊顶按照一定的要求，在3米～24米高度行程范围内上下移动并停留在要求的位置，动态监测工作状态自动调整工作参数，具有运行速度比例可调和多点同步控制功能，并具有高可靠性、多功能性和高安全性，满足消防火灾实体实验的需要。 本论文的主要内容可分为六章，现分述如下： 第一章，综述了国内外消防试验发展趋势及升降系统相关技术研究现状，说明了进行实体消防试验的必要性，并提出了本升降系统的设计任务及研究意义。 第二章，分析了负载特点和技术要求，对比了齿轮齿条、卷扬、液压三种提升方式在大型重载工况下的应用特点，提出了五种整体结构布置方案，经过论证，最终确定了4液压缸侧置2：1机械配重组合的布置方案，提出了基于主从控制策略的电液比例同步方案，对升降系统关键技术进行了分析。 第三章，根据设计要求，对升降机械系统的机构部分进行了设计，升降系统机构主要由顶升、配重、起吊、安全保护四部分组成，利用CAD软件SolidWorks对系统机构进行了集成化设计。 第四章，利用有限元技术，对关键部件进行了仿真分析，提高了升降机械系统机构的可靠性和稳定性。 第五章，对升降机械系统液压部分进行了设计和计算，介绍了液压部分的工作原理，并对液压元件进行了设计计算。 第六章，对全文进行了工作总结及下一步展望。

目录

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第一章绪论

1.1实体火灾研究及大空间消防试验吊顶升降系统发展现状

1.2大型重载升降技术

1.2.1齿轮齿条升降技术

1.2.2卷扬方案

1.2.3液压升降技术

1.2.4液压同步提升技术

1.3设计任务

1.4研究意义

第二章升降机械系统总体方案设计及关键技术分析

2.1技术要求

2.2技术难点

2.3升降系统总体方案分析及选择

2.3.1总体布置方案

2.3.2顶升原理

2.3.3液压系统工作原理

2.3.4升降系统同步控制方案

2.4升降系统关键技术分析

2.4.1升降系统的同步及偏载问题

2.4.2土建要求

2.5本章小节

第三章升降机械系统机构设计

3.1.升降机械系统机构组成

3.2.升降机械系统高度确定

3.3.提升部分设计

3.3.1钢丝绳

3.3.2吊点

3.4.顶升部分设计

3.4.1下底座的设计

3.4.2支撑柱设计

3.4.3球头连接设计

3.4.4顶升滑轮组件的设计

3.5.配重部分设计

3.5.1配重

3.5.2配重导靴的设计

3.5.3配重架的设计

3.5.4配重滑轮组设计

3.6.安全保护部分设计

3.7.本章小节

第四章机构关键部件有限元分析

4.1有限元分析方法及cosmos简介

4.2关键部件有限元分析

4.2.1顶升导轨校核

4.2.2顶升滑轮组支架

4.2.3导靴支架

4.2.4顶升球头

4.2.5底座

4.2.6配重滑轮支架校核

4.2.7吊点校核

4.3本章小节

第五章升降机械系统液压部分设计计算

5.1液压系统工作原理及主要参数设计

5.2负载分析及系统工作压力的确定

5.3液压缸主要参数的确定

5.3.1液压柱塞缸的静载计算

5.3.2系统压力及柱塞的受压强度校核

5.3.3系统流量计算

5.4液压泵与电机参数的确定

5.5控制阀的参数选择

5.6油箱的设计

5.7管道直径的确定

5.8本章小节

第六章总结与展望

6.1.论文总结

6.2.工作展望

参考文献

致谢