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        基于Adams翻轉(zhuǎn)式弧形水工閘門的連桿參數(shù)的優(yōu)化

        2018-10-25 05:23:36
        新疆農(nóng)業(yè)科技 2018年2期
        關(guān)鍵詞:吊臂啟閉機角速度

        畢節(jié)市工業(yè)學(xué)校 ,貴州畢節(jié) 551700

        水利工程是一項民生工程,長期以來,國外專家對水工閘門及其啟閉機構(gòu)進行了大量且深入的研究,積累了豐富的理論知識和經(jīng)驗,研制出了一批性能突出、可靠性高的閘門啟閉機構(gòu)。然而目前我國閘門啟閉機構(gòu)的技術(shù)發(fā)展比較緩慢。目前,尤其針對跨距水工閘門及啟閉機構(gòu)的研究文件甚少。隨著國內(nèi)外一些水工閘門在開啟閉合過程中出現(xiàn)啟閉超載、卡死,甚至閘門破壞等事故,閘門的運行安全越來越被重視[1-3]。

        水工閘門在水利水電工程建筑物中起著泄水或蓄水的作用,通過閘門的啟閉能夠?qū)嵳{(diào)節(jié)水位、控制流量、排澇、灌溉、發(fā)電及通航等功能。為了保證閘門在啟閉過程中平穩(wěn)安全運行,針對跨距為60m的翻轉(zhuǎn)式閘門的啟閉機構(gòu),為了提高啟閉機構(gòu)的在運行過程中的平穩(wěn)性能,本文運用ADAMS軟件對六連桿啟閉機進行仿真,分析了六連桿啟閉機參數(shù)對閘門在靜水環(huán)境下閉合過程中的影響,為改善翻轉(zhuǎn)閘門啟閉過程的平穩(wěn)性能提供了理論依據(jù)[2-5]。

        1 翻轉(zhuǎn)式閘門啟閉機構(gòu)的工作原理

        翻轉(zhuǎn)式閘門啟閉機構(gòu)主要由弧形閘門、連接桿AB、連桿臂 BC、吊臂 CD、吊臂 DE、活塞連桿EF及液壓缸F等組成,翻轉(zhuǎn)式閘門啟閉機構(gòu)的工作原理如圖1所示。啟閉機構(gòu)工作時,通過液壓缸F勻速驅(qū)活塞連桿EF,吊臂DE和吊臂CD固連在一起繞D點翻轉(zhuǎn),在吊臂CD翻轉(zhuǎn)的情況下帶動連桿臂BC運動,同理連桿臂BC翻轉(zhuǎn)的情況下帶動連接桿AB繞A點翻轉(zhuǎn),連接桿AB和弧形閘門以翻轉(zhuǎn)副連接,最終實現(xiàn)閘門的啟閉過程[2]。

        2 啟閉機構(gòu)的建模

        Solidworks和ADAMS的系統(tǒng)默認坐標系都是笛卡爾坐標系,因此建立的模型導(dǎo)入時視圖方向不發(fā)生變化。本文采用Solidworks軟件建立1:1實體啟閉機構(gòu)模型,該模型由連接桿AB、連桿臂BC、吊臂CD、吊臂DE、活塞連桿EF及液壓缸F,本模型以閘門翻轉(zhuǎn)中心A點為圓心建立坐標系,優(yōu)化前建模的參數(shù)如圖2所示,優(yōu)化后建模的參數(shù)如圖3所示,將建好的模型以parasold(x_t)格式導(dǎo)入ADAMS中定義材料屬性,本模型的材料為Q620,施加約束和力,六連桿機構(gòu)中,連接桿AB與大地之間為翻轉(zhuǎn)副,連接桿AB和連桿臂BC之間為翻轉(zhuǎn)副,連桿臂BC和吊臂CD之間為翻轉(zhuǎn)副,吊臂CD和吊臂DE之間為固定副同時與大地之間為翻轉(zhuǎn)副,吊臂DE和活塞連桿EF之間為翻轉(zhuǎn)副,活塞連桿EF和液壓缸F之間為翻轉(zhuǎn)副,液壓缸F與大地之間為滑移副,液壓缸F為驅(qū)動件,驅(qū)動速度為0.0025 m/s,重力加速度方向沿Y軸負方向,單位為MKS制,仿真模型如圖4所示。

        圖1 啟閉機工作原理圖

        圖2 啟閉機參數(shù)優(yōu)化前

        圖3 啟閉機優(yōu)化后參數(shù)

        圖4 優(yōu)化后的仿真模型

        3 結(jié)果分析

        設(shè)置仿真時間為1 800 s,得到閘門在勻速驅(qū)動下的閉合仿真過程,仿真過程可分為三個階段,第一階段:起始階段,第二階段:運行階段,第三階段:結(jié)束階段。由于閘門與約束joint1和連接桿AB(part2)同步運動,在閉合角度相同的情況下,優(yōu)化前和優(yōu)化后翻轉(zhuǎn)式閘門質(zhì)心的角速度和角加速度如圖5和圖6所示,從圖5中可以看出,閘門質(zhì)心的初始角速度為0.082 d/s,優(yōu)化前閘門在起始階段和運行階段沖擊和振動較平穩(wěn),但在結(jié)束階段閘門的沖擊和振動非常顯著,優(yōu)化前的閘門質(zhì)心最大角速度和角加速度分別為0.77 d/s和0.013 d/s2。從圖6中可以看出,優(yōu)化后閘門質(zhì)心的初始角速度為0.066 d/s,閘門經(jīng)歷加速、減速、加速、減速的歷程,在起始階段和運行階段,優(yōu)化后的沖擊和振動比較平緩,但在結(jié)束階段,即接近閘門關(guān)閉工位時,優(yōu)化后閘門的速度和角速度同樣出現(xiàn)急劇變化,同樣會出現(xiàn)沖擊和振動現(xiàn)象,優(yōu)化后的閘門質(zhì)心最大角速度和角加速度分別為0.083 d/s和0.0013 d/s2,優(yōu)化后閘門的沖擊和振動明顯比優(yōu)化前小。

        4 結(jié)論

        大跨距閘門啟閉過程是人們所關(guān)心的熱點問題,運用ADAMS軟件對大跨距翻轉(zhuǎn)式弧形閘門的仿真報道甚少。本文運用ADAMS軟件對翻轉(zhuǎn)式弧形閘門閉合進行仿真,直觀地觀察了翻轉(zhuǎn)式弧形閘門閉合的整個過程,分析了六連桿啟閉機參數(shù)對閘門在靜水環(huán)境下閉合過程中的影響。得到以下結(jié)論:

        (1)優(yōu)化前,六連桿啟閉機構(gòu)在閘門停止運行前的結(jié)束階段沖擊和振動比較顯著。

        圖5 優(yōu)化前的啟閉角速度和角加速度

        圖6 優(yōu)化后的啟閉角速度和角加速度

        (2)優(yōu)化后,六連桿啟閉機構(gòu)在閘門停止運行前的結(jié)束階段的沖擊和振動較小。

        (3)合理的減小啟閉機構(gòu)在閘門運行的起始階段和停止前的結(jié)束階段的驅(qū)動速度,減小對閘門的沖擊和振動。

        (4)優(yōu)化啟閉機構(gòu)的機構(gòu)參數(shù)及合理的布局,減小對閘門的沖擊和振動,本仿真有助于深入了大跨距翻轉(zhuǎn)式弧形閘門啟閉機構(gòu)參數(shù)對閘門啟閉過程的影響,通過優(yōu)化機構(gòu)參數(shù)及機構(gòu)布局,降低制造成本;有助于了解閘門沖擊和振動產(chǎn)生和存在的規(guī)律;有利于提高閘門質(zhì)量和使用性能,減少因沖擊和振動引起的破壞性事故;簡化啟閉機構(gòu)的實驗過程,為探索大跨距翻轉(zhuǎn)式弧形閘門啟閉過程提供了一種新方法。有必要進行深入研究合理地選擇機構(gòu)參數(shù)、合理布局、驅(qū)動速度等,本仿真還有待進一步的試驗驗證。

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