多回转阀门智能电动执行机构的开发及多刚体动力学研究

发布时间：2017-10-21 05:13

  本文关键词：多回转阀门智能电动执行机构的开发及多刚体动力学研究

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【摘要】：多回转阀门智能电动执行机构作为现代工业自动化生产过程中过程控制的重要机构,可起到自动、集中和远程控制阀门的作用,其动力学特性影响着执行机构整体性能的发挥和阀门的控制精度。多刚体系统动力学仿真中虚拟样机的应用既提高了仿真精度,又缩短了产品的研发周期,在工程实践中起到了重要的作用。本文通过对现有执行机构国内外的发展状况进行探究,依据“经济实用、结构紧凑、操作简便和安全可靠”的原则,结合同类产品的特点和本课题的设计要求,研发了一款新的多回转型阀门智能电动执行机构。本文在深入研究现有电动执行机构的基础上,改进、优化了相关机构,使其不仅具有常规电动执行机构的功能,而且更加智能化。其中,主传动机构选用行星齿轮代替蜗轮蜗杆；在电机及锥齿轮减速机构间布置一个双向逆止机构,可实现手动和电动操作自如切换。同时,设计了一种新的扭矩测量装置,限制最大输出扭矩,防止电动机过载等状况的发生。除此之外,论文对阀门的开度以及行程控制策略进行了研究,采用了一种新的阀门开度及行程控制机构,实现对执行机构主轴位置和转速的精确测量,实现了阀门开度和行程的一体控制。按照现代设计流程,建立了执行机构的参数化三维模型,然后利用ADAMS仿真软件对执行机构的虚拟样机模型进行了多刚体动力学研究。最后搭建试验台,对试制完成后的电动执行机构进行了实验研究,测试结果显示满足设计及工业应用要求,并且产品结构简单、运行可靠,为最终的系列化和产业化生产打下了基础,实现了预期的设计目标。
【关键词】：多回转阀门 电动执行机构 ADAMS 多刚体动力学
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP215;O313.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景10
• 1.2 课题来源10
• 1.3 电动执行机构概述10-11
• 1.4 国内外执行机构的发展及研究现状11-13
• 1.4.1 国外电动执行机构现状分析11-12
• 1.4.2 国内电动执行机构发展现状12-13
• 1.5 课题研究意义与主要研究内容13-14
• 1.5.1 课题研究意义13-14
• 1.5.2 主要研究内容14
• 1.6 本章小结14-15
• 2 多回转阀门电动执行机构的研发流程15-21
• 2.1 虚拟样机技术15-18
• 2.1.1 虚拟样机技术概述15-17
• 2.1.2 虚拟样机技术的设计与生产流程17-18
• 2.2 多回转阀门电动执行机构开发流程的确定18-20
• 2.3 本章小结20-21
• 3 智能电动执行机构的关键技术研究21-39
• 3.1 智能电动执行机构的方案布置21-24
• 3.1.1 设计思想21
• 3.1.2 现有电动执行机构的传动机构概述21-22
• 3.1.3 电动执行机构传动机构的改进22-24
• 3.2 电机的选用24-28
• 3.2.1 稀土永磁无刷直流电机的特性分析24-25
• 3.2.2 稀土永磁无刷直流电机的电动执行机构性能25-27
• 3.2.3 稀土永磁无刷直流电机电动执行机构的可靠性与稳定性27-28
• 3.3 执行机构输出扭矩的测量装置28-32
• 3.3.1 输出扭矩测量方法介绍28-31
• 3.3.2 本课题选用的输出扭矩测量装置31-32
• 3.4 阀门开度及行程控制策略的研究32-38
• 3.4.1 现有开度及行程控制机构的原理33-36
• 3.4.2 新型阀门开度及行程控制机构的原理36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 执行机构的机构设计39-51
• 4.1 设计技术要求与参数的确定39-43
• 4.1.1 设计技术要求39
• 4.1.2 参数的确定39-43
• 4.2 执行机构三维模型的建立43-50
• 4.2.1 球面渐开线直齿轮的参数化建模43-48
• 4.2.2 其他零部件的建模48-49
• 4.2.3 整个执行机构的装配49-50
• 4.3 本章小结50-51
• 5 执行机构的动力学研究及验证51-68
• 5.1 ADAMS软件概述51
• 5.2 多刚体系统动力学的基础理论51-54
• 5.2.1 多刚体动力学分析所涉及的内容51
• 5.2.2 多刚体动力学方程的建立与求解51-53
• 5.2.3 ADAMS的算法和分析53
• 5.2.4 接触力的计算方法53-54
• 5.3 模型的导入与创建约束54-55
• 5.4 样机模型仿真试验和数据分析55-64
• 5.4.1 正向电机输入动力55-61
• 5.4.2 手轮输入动力61-64
• 5.5 试验研究与实际应用64-67
• 5.5.1 试验研究64-66
• 5.5.2 实际应用66-67
• 5.6 本章小结67-68
• 6 结论与展望68-70
• 6.1 结论68
• 6.2 创新点68-69
• 6.3 展望69-70
• 参考文献70-73
• 附录：攻读硕士学位期间已发表的论文73-74
• 致谢74

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本文编号：1071468