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大跨距翻转闸连杆启闭机构优化与仿真分析

大跨距翻转闸连杆启闭机构优化与仿真分析

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作者：黄岳泉华中科技大学

学位级别：硕士

为恢复和调整江湖关系,缓解湖区水位下降过快问题,综合保护与开发水资源,因此开展鄱阳湖水利枢纽工程。该水利枢纽主要由多个大跨距泄水闸门组成,同时建有一定数目的船闸等。湖区丰枯期各约持续半年,水位年变化幅度高达10米。低速、重... 详细信息

为恢复和调整江湖关系,缓解湖区水位下降过快问题,综合保护与开发水资源,因此开展鄱阳湖水利枢纽工程。该水利枢纽主要由多个大跨距泄水闸门组成,同时建有一定数目的船闸等。湖区丰枯期各约持续半年,水位年变化幅度高达10米。低速、重载、高水位变幅、长时间工位对超大孔口水工闸门及启闭机构提出了极高的要求,因此对于超大孔口和高水位变幅水工闸门及其启闭机构的研究将成为推动整个工程的关键。本文在对国内外大型水工闸门及其启闭设备广泛研究的基础上,提出三种闸门及其启闭机构方案,通过对比分析各自的优缺点,确定了以六连杆机构作为扇形翻转式闸门启闭机构的传动结构型式。连杆启闭机构通过4只对称布置在闸门两侧的液压缸驱动。通过简化启闭机构,建立机构的参数化运动学分析模型,分析得到各关键部件的位移、速度与加速度表达式,并利用ADAMS软件对连杆启闭机构进行运动仿真。然后,在运动学分析的基础上,对连杆启闭机构进行了受力分析与拉格朗日动力学建模,得到液压缸驱动力的表达式。进而根据动力学方程,以启闭机构峰值驱动力作为的主要优化目标,兼顾驱动的平稳性和结构的紧凑性,建立启闭机构的多目标优化模型,并基于遗传算法进行优化求解,得到启闭机构六连杆的结构参数优化解。最后,在ADAMS软件中根据优化解对启闭机构进行动力学仿真,得到各部件的运动学和动力学特性,并根据动力学仿真结果对主要连杆部件进行有限元分析与校核。ADAMS动力学分析以及有限元强度校核结果表明,所设计的六连杆启闭机构能够满足设计单位所提供的技术指标要求,动力学优化后的结构参数可以大大减小液压缸所需驱动力,提高闸门运行的稳定性和可靠性,并能提高结构的紧凑性,大大减小土建结构的尺寸。因此,本文的设计研究具有一定的工程应用价值。

关键词：大跨距翻转闸连杆启闭机构拉格朗日动力学遗传算法

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