防爆筒盖及自动启闭装置的设计和仿真

发布时间：2020-04-20 12:02

【摘要】：防爆筒作为安防领域应用较为广泛的防护容器件,起到隔绝和减少危险物品对外界的损伤的重要作用,为人民的生命和财产安全提供了有力的保障。由于国内大部分防爆筒封口处结构简单、价格低廉,多为手动近距离开启,导致其不能很好的承受设计要求的抗爆当量,在使用过程中存在较大的安全隐患。针对防爆筒的现有结构和存在的使用弊端,本文设计了防爆筒盖及其自动启闭装置,主要对其作了如下几方面研究:(1)通过经验公式和逆向设计原理对爆炸比例距离、密闭防爆筒内冲击波超压大小、所需泄压面积进行计算与评估,为已有防爆筒的封口结构设计和防爆筒盖所需设计参数提供依据。(2)完成推拉式防爆筒盖和端口的结构设计,并建立其三维模型。基于动力系数法,将动态爆炸冲击力转换为等效静态力,通过ANSYS 14.5有限元分析软件对模型进行静态分析,研究结构在等效力作用下的强度和刚度问题。对防爆筒进行抗爆性能试验测定,通过试验结果发现端口结构产生了严重的断裂失效。(3)通过对防爆筒端口设计的不足之处进行分析和改进设计,同时重新对防爆筒盖进行了设计;本着轻量化设计的原则,进一步着重对防爆筒盖进行了优化分析。通过敏感度分析筛选出影响盖体强度和刚度的主要因素,并以其为优化变量得到最佳工艺参数。在显示动力学程序autodyn中对优化后的防爆筒盖体,防爆筒壳体、炸药和空气进行数值建模和参数设定,通过计算机数值模拟,更为精准的观察防爆筒盖在爆炸情况下的动力响应。(4)设计了基于机—电—气一体化控制系统的防爆筒自动启闭装置;对直线驱动件气缸、主要气压元件换向阀、旋转驱动件回转支承等关键工作部件的进行了的理论和选型,为后续的控制系统建模仿真所需的特性参数提供数据支持。通过西门子S7-300软件,确定了以模糊自整定PID算法为基础的相关控制系统的设计方案。(5)建立整个控制系统的数学模型,通过Matlab软件对控制系统分别进行常规PID控制和模糊自整定PID控制的仿真模拟分析,对比观察主从控制系统的阶跃响应,分析结果表明基于模糊自整定PID控制算法的控制系统稳定无超调,误差基本控制在2%左右,满足理论设计要求,并初步完成样机的搭建。
【图文】：

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5）当今市场上防爆容器普遍具有机械开启机构复杂的特点，多为机械手动辅助启，从人机工程学的角度来讲，，此类设计延长了操作时间且较为复杂的机械结构加了运输转移和维修难度，不能更好的保证排爆人员的安全。2 发展历程世界上第一台防爆产品的诞生始于第二次世界大战期间，为了最小程度的将爆炸用的范围控制到最小，美国 Los Alamos 国家实验室[7]LANL 的科学家提出并于 194研制出了防爆容器，该容器长 6 m，内直径 3 m，壁厚 355.6 mm，总重 214 t。继一台柱形防爆容器后，为了减少容器体积并使其具有良好的抗爆性能，Los Alamo验室选用高强度 HSLA 系列钢材分别制造了抗爆当量为 28 kg 的球形爆炸容器，如 1-1 所示。2000 年后，英国原子能武器机构（AWE，Atomic Weapons Establishment用 HY100 高强度钢研究制造出由柱形筒体和半球形封头组合成的防爆容器，如图2 所示。70 年代末，前苏联成功运用树脂基纤维成功制造防爆容器，不仅成功弥补金属容器重量大和具有尺寸效应的两大主要缺点，还延续了纤维的耐腐蚀、抗疲劳强度高等优点[8-9]。

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如图1-2 所示。70 年代末，前苏联成功运用树脂基纤维成功制造防爆容器，不仅成功弥补了金属容器重量大和具有尺寸效应的两大主要缺点，还延续了纤维的耐腐蚀、抗疲劳、比强度高等优点[8-9]。图 1-1 由 Los Alamos 实验室研制的球形防爆容器图 1-2 柱形筒体和半球形封头组合成的防爆容器Fig.1-1 Spherical explosion-proof container developed Fig.1-2 Explosion proof container made ofby Los Alamos laboratory cylindrical shell and hemispherical head
【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X924.4

【参考文献】