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基于虚拟样机的门式启闭机动力学仿真研究

李益琴  
【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。


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