齿啮式快开装置形状优化及其安全联锁装置的研究

摘要

该文以齿啮式快开装置端部法兰的形状优化和安全联锁装置进行了研究.前者研究的出发点是由于其结构复杂,应力水平受到多个形状尺寸的综合影响,传统设计方法往往工作量大而且不能找到最优解;而安全联锁装置的研究在于可靠性的安全联锁装置的设计方法.主要得到以下结论:(1)齿啮式快开装置传统设计方法的实质是试凑法,所得结果也并非最优解,将连续体形状优化方法引入到齿啮式快开装置的设计中,对其进行优化可充分发挥材料承载能力.(2)以ANSYS软件中的优化模块为基础,结合惩罚函数法与共梯度法相结合的一阶算法,以及罚函数法与曲线拟合技术相结合的零阶算法,提出了结构形状优化步骤与优化策略.(3)建立了齿啮式快开装置端部法兰的优化模型,获得了不同目标下的优化解.(4)研制了一种机电式安全联锁装置,并在试验研究的基础上提出了改进装置控制精度的方法.(5)可编程控制器(PLC)对于安全联锁装置的控制具有可靠性高、操作方便等特点,提出了PLC械安全联锁装置的设计的基本方法.

目录

文摘

英文文摘

1文献综述

1.1齿啮式快开装置的设计方法

1.2连续体形状优化的研究

1.2.1形状优化概述

1.2.2形状优化的三种主要方法

1.2.3连续设计变量优化的常见算法

1.2.4离散设计变量优化的常见算法

1.3安全联锁装置的分类与比较

1.3.1机械直接作用式

1.3.2机电组合式

1.3.3 PLC控制式

1.4本文的研究内容

1.5参考文献

2形状优化方法研究

2.1引言

2.2优化程序编制的基本思路

2.3优化采用的算法

2.3.1惩罚函数法的特点

2.3.1零阶算法的思路

2.3.2一阶算法的思路

2.4优化的步骤

2.5优化的策略

2.6小结

2.7参考文献

3 齿啮式快开装置形状优化的研究

3.1优化目标

3.2优化分析文件的建立

3.2.1有限元模型的建立

3.2.2优化模型的建立

3.3状态变量和目标函数的影响因素评价

3.3.1齿根部最大应力的影响因素评价

3.3.2法兰筒体轴向应力的影响因素评价

3.3.3过渡锥上端轴向应力的影响因素评价

3.3.4过渡锥下端轴向应力的影响因素评价

3.3.5重量的影响因素评价

3.4以重量最小为目标的优化

3.4.1优化策略

3.4.2优化结果评价

3.5以齿根应力集中最小为目标的优化

3.5.1优化策略

3.5.2优化结果评价

3.6小结

3.7参考文献

4机电式安全联锁装置的试验研究

4.1试验装置的研制

4.1.1方案设计

4.1.2基本结构

4.1.3主要部件

4.1.4工作原理

4.2试验过程

4.2.1正常操作下的试验

4.2.2误操作影响的预防能力

4.3试验装置的改进设计

4.4小结

4.5参考文献

5可编程控制器式安全联锁装置的设计

5.1引言

5.2 PLC概述

5.2.1组成和工作原理

5.2.2PLC中等效元件及程序的表达方式

5.3 PLC式安全联锁装置的设计

5.3.1系统设计

5.3.2程序设计

5.4小结

5.5参考文献

6总结

致谢

附录 优化模型源程序