矿用防水闸门三维设计与工程分析

发布时间：2017-04-26 08:11

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【摘要】：伴随着矿井的长期开采、资源的快速消耗,开采深部水平、边缘区域和地质条件复杂区域的资源已十分紧迫[1]。矿井受到顶板水、承压水、老空水等水患的影响日益凸显。矿井水患的防治已成为急需解决的问题。目前,防水闸门和应急救援排水系统是井下防治水患的重要措施。彝良驰宏矿业有限公司的毛坪铅锌矿处于川西南—滇东北地震带的南段,地震频繁,崩塌、滑坡等地质灾害时有发生。现主要生产和开采位于地下水位以下,矿井内由地下水渗出产生的大量涌水需由排水系统及时排出井外,若发生地质灾害导致外部供电中断,正常排水系统失效,需迅速关闭防水闸门,把涌水封堵在部分坑道内,防止涌水淹没井下主要坑道、重要设备设施和危及人员安全。本文在对国内外防水闸门的结构进行分析的基础上,设计了防水闸门的总体方案,应用Solidworks软件对防水闸门进行了三维设计,建立了防水闸门零件和装配体的三维模型。在对所用的静力学理论和有限元分析方法进行分析的基础上,对Ansys-workbench软件的特点作了简要介绍,应用Ansys-workbench软件对门扇和门框进行了静力分析,分析了门扇和门框在最大负荷条件下的应力、应变和位移情况,分析结果说明门扇和门框没有发生大的变形,所选材料及门扇和门框的结构设计满足强度和防水要求。应用Ansys-workbench软件的优化模块对防水闸门进行多目标优化,验证了之前设计的合理性,并且在不影响使用性能的情况下使防水闸门的质量降低了10.8%。结合多刚体动力学理论及虚拟样机技术,通过ADAMS软件建立了防水闸门的多刚体模型,对其进行了动力学仿真分析,分析了门扇在转动过程中铰链的受力和转动力矩,对防水闸门的整体进行了运动学分析,门扇运动过程中无干涉现象,运动平稳,满足使用要求。验证了防水闸门设计的可行性。
【关键词】：防水闸门 模型 有限元 虚拟样机
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD744
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 矿用防水闸门的研究现状及发展12-14
• 1.1.1 矿用防水闸门的应用概况12-13
• 1.1.2 现有防水闸门的类型及存在的问题13-14
• 1.2 有限元分析技术的研究现状与发展趋势14-17
• 1.3 课题研究目的及意义17-18
• 1.3.1 课题的研究目的17-18
• 1.3.2 课题研究意义18
• 1.4 本章小结18-20
• 第二章 防水闸门的研制20-36
• 2.1 防水闸门设计20-25
• 2.1.1 防水闸门的作用及设计压力20-22
• 2.1.2 门框的设计22
• 2.1.3 门扇的设计22
• 2.1.4 门铰22-23
• 2.1.5 门扇的拉紧装置23
• 2.1.6 门扇开启装置23
• 2.1.7 活动钢轨与活动架空线23
• 2.1.8 泄水闸阀23
• 2.1.9 防水闸门的密封23-25
• 2.2 门铰结构设计计算25-28
• 2.2.1 门铰轴销计算26-27
• 2.2.2 门铰耳板计算27-28
• 2.3 防水闸门的三维造型设计28-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 防水闸门的有限元分析36-54
• 3.1 仿真软件简介36-37
• 3.1.1 有限元简介36
• 3.1.2 Ansys-workbench软件功能简介36-37
• 3.2 防水闸门有限元模型的建立37-41
• 3.2.1 Ansys-Workbench的数值模拟过程38
• 3.2.2 模型的简化38-39
• 3.2.3 材料属性的定义39
• 3.2.4 单元类型的选择39-40
• 3.2.5 网格的划分40-41
• 3.3 门扇和门框的静力学分析41-53
• 3.3.1 静力分析简介41-45
• 3.3.2 门扇和门框的静力分析流程及结果45-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第四章 防水闸门的优化设计54-60
• 4.1 多目标函数优化方法理论介绍54-56
• 4.1.1 统一目标法54-55
• 4.1.2 主要目标法55-56
• 4.2 防水闸门的优化算例56-59
• 4.2.1 设计变量、约束条件和目标函数57-58
• 4.2.2 优化结果58-59
• 4.2.3 优化后门扇的性能验证59
• 4.3 本章小结59-60
• 第五章 基于Adams软件防水闸门的动力学和运动学分析60-76
• 5.1 多体动力学简介60-64
• 5.1.1 多体动力学研究对象60
• 5.1.2 多刚体系统建模理论和数值求解概要60-63
• 5.1.3 多体系统动力学建模与求解的一般过程63-64
• 5.2 虚拟样机技术64-66
• 5.3 ADAMS软件中防水闸门前处理66-70
• 5.3.1 模型的导入66-69
• 5.3.2 添加约束及驱动69-70
• 5.4 防水闸门的仿真70-74
• 5.4.1 防水闸门动力学仿真71-73
• 5.4.1.1 铰链受力分析71-72
• 5.4.1.2 铰链扭矩分析72-73
• 5.4.2 防水闸门运动学仿真73-74
• 5.5 本章小结74-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 主要工作和结论76-77
• 6.2 工作展望77-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 梅彤堂;李刚;赵雅莹;;对大型锅炉网格划分的原则分析[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2008年03期

2 曹杨;李杰;;宏观三角形分区板壳单元研究[J];福州大学学报(自然科学版);2005年S1期

3 朱先国;张广勋;井婷婷;蒋德献;;避难硐室防护密闭门密封性能试验研究[J];矿业安全与环保;2013年04期

4 焦键;;虚拟样机技术基础理论研究及软件应用[J];黑龙江科技信息;2009年29期

5 张新立;;王庄新井防水闸门技术研究[J];煤;2012年03期

6 王国强;;带压矿井应急排水系统和防水闸门的应用[J];山西焦煤科技;2008年Z1期

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1 苏小平;依维柯汽车多体动力学仿真分析、优化研究及工程实现[D];南京理工大学;2004年

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本文编号：328061