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QPG160高卷扬启闭机主传动系统动力学分析与数字仿真

作　者: 鄢良国
导　师: 李平
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械制造工程与自动化
关键词: 启闭机主传动系统扭转振动动力学特性数字仿真
分类号: TV664
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

在大型水利水电工程建设中,大坝泄洪闸门能否正常启闭具有至关重要的作用。同时闸门启闭机主传动系统的扭振经常会给操作和设备带来严重的危害,而引起扭振的原因是多方面的,如机械系统本身的结构因素、工艺操作因素等。因此,为了保证高卷扬启闭机闸门启闭的安全、可靠,对主传动系统的扭振现象进行动力学研究与仿真是非常必要的。本文以QPG160高卷扬启闭机为系统,对启闭机传动系统进行了分析,说明了传动系统物理模型的简化,数学模型的建立,并建立了一个高卷扬启闭机的七质量六自由度数学—力学模型。然后对数学模型进行无量纲处理,再利用该模型来建立系统的仿真模型。根据三种不同的工况:(Ⅰ).闸门从静止到提升的过程;(Ⅱ).闸门从提出水面到中间高度(悬空)的过程:(Ⅲ).闸门上升到最高点制动时。通过MATLAB数值仿真运算对传动系统扭转振动进行了固有频率和弹性力矩振幅向量振型的计算与分析。运用Simulink动态仿真工具,采用逐步建模的方法,根据各子系统的数学模型建立各自的仿真模型,并将它们组合,建立了各工况下系统的SIMULINK仿真模型框图,应用四阶Runge—Kutta法仿真模型,模仿实际系统的运行状态及其随时间变化的过程。根据仿真结果,得到了三种不同工况下的TAF(The torque amplification factor)即扭矩放大系数来衡量机械传动系统对外加载荷的响应。考察对QPG160高卷扬启闭机的仿真计算结果,可以看出:每一种工况下的第一阶固有频率都小于10HZ,TAF的值也比较合理,整套传动系统的结构基本理想。同时提出若增加电机传动轴和联合减速箱传动轴的长度,并降低其刚度,电能优化调整主传动系统的结构参数。实验证明,本文所建模型及仿真基本上是正确的,运动分析的结论是正确的。用SIMULINK仿真得到的动态响应曲线是能够用于实践的,对实践可以起到一定的指导意义;得出的扭矩放人系数TAF,为传动系统的结构修改提供了可靠的、明确的理论依据。本文还对QPG高卷扬启闭机的折线卷筒进行了深入细致的研究,提出一种单折线绳槽卷筒的构造与三维模型。本文工作对启闭机的后续研究及其设备的研究都具有一定的借鉴价值。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-10
第一章绪论  10-18
  §1．1 课题的背景、目的及意义  10-11
  §1．2 启闭机动力学研究的意义与方法  11-12
  §1．3 国内外的研究现状  12-13
    §1．3．1 概述  12-13
    §1．3．2 国内外研究的现状  13
  §1．4 系统仿真技术的发展状况  13-15
  §1．5 本文的研究内容  15
  §1．6 工作流程  15-17
  §1．7 本章小结  17-18
第二章高卷扬启闭机械传动系统数学模型的建立  18-30
  §2．1 固定卷扬式启闭机的简介  18-20
    §2．1．1 概述  18
    §2．1．2 固定卷扬式启闭机的组成  18-20
  §2．2 高卷扬启闭机系统运动过程分析  20
  §2．3 高卷扬启闭机械传动系统数学模型的建立  20-29
    §2．3．1 概述  20-21
    §2．3．2 总体条件假设  21-22
    §2．3．3 传动系统建立力学——数学模型的步骤与方法  22
    §2．3．4 力学——数学模型的建立  22-23
    §2．3．5 力学——数学模型的简化  23-24
    §2．3．6 主要参数的意义  24-26
    §2．3．7 各等效参数的推算  26-29
      §2．3．7．1 载荷的推算  26
      §2．3．7．2 转动惯量和质量的推算  26-27
      §2．3．7．3 刚性系数的推算  27-29
  §2．4 本章小结  29-30
第三章高卷扬启闭机械传动系统运动方程的求解  30-46
  §3．1 运动微分方程式  30-34
  §3．2 系统的固有频率和弹性力矩振幅向量  34-44
    §3．2．1 数值计算方法简介  34-36
    §3．2．2 闸门从静止到提升的过程  36-39
    §3．2．3 闸门匀速运动到中间高度(悬空)的过程  39-42
    §3．2．4 闸门到达最高点制动时  42-44
  §3．3 分析  44-45
  §3．4 本章小结  45-46
第四章高卷扬启闭机系统动态特性的仿真工具简介  46-52
  §4．1 MATLAB简介  46-48
    §4．1．1 关于MATLAB  46
    §4．1．2 MATLAB的特点  46-48
  §4．2 SIMULINK动态仿真上具  48-51
    §4．2．1 SIMULINK模型的特点  48-49
    §4．2．2 模块库的简介  49-51
  §4．3 本章小结  51-52
第五章系统动态特性的数字仿真模型建立及动态仿真  52-76
  §5．1 根据微分方程构造SIMULINK仿真模型  52-53
  §5．2 数值算法四阶Runge——Kutta简介  53-54
  §5．3 闸门从静止到提升过程的SIMULINK仿真模型  54-64
    §5．3．1 构造SIMULINK仿真模型  54-57
    §5．3．2 电动机驱动力矩动态分析  57-58
    §5．3．3 负载力矩ML的动态分析  58-59
    §5．3．4 其他参数说明  59
    §5．3．5 闸门从静止到提升过程的完整仿真模型  59-61
    §5．3．6 闸门从静止到提升过程的仿真结果  61-63
    §5．3．7 仿真结果分析科  63-64
  §5．4 闸门从提出水面到中间高度(悬空)的过程的仿真  64-69
    §5．4．1 构造SIMULINK仿真模型  64-68
      §5．4．1．1 钢丝绳的刚度系数  64-65
      §5．4．1．2 卷筒的转动惯量  65-66
      §5．4．1．3 相关系数的SIMLINK仿真模型  66
      §5．4．1．4 闸门从提出水面到中间高度(悬空)的过程的完整仿真模型  66-68
    §5．4．2 闸门从提出水面到中间高度(悬空)过程的仿真结果  68-69
    §5．4．3 仿真结果分析  69
  §5．5 闸门上升到最高点被制动过程的仿真  69-75
    §5．5．1 构造SIMULINK仿真模型  69-72
    §5．5．2 闸门上升到最高点被制动过程的仿真结果  72-74
    §5．5．3 仿真结果分析  74-75
  §5．6 本章小结  75-76
第六章全文总结  76-78
  §6．1 本文完成的主要工作  76-77
  §6．2 总结  77-78
第七章进一步研究的内容  78-79
  §7．1 动力学模型的进一步研究  78
  §7．2 工况的进一步研究  78-79
致谢  79-80
参考文献  80-85
附录A(攻读学位期间发表论文目录)  85-86
附录B(QPG160高卷扬启闭机主要技术特性表)  86-88
附录C(多层折线形绳槽卷筒的三维造型)  88-89
附录D(QPG160高卷扬启闭机三维造型)  89-90
附录E(QPG160高卷扬启闭机二维工程图)  90-91

QPG160高卷扬启闭机主传动系统动力学分析与数字仿真

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