水电站启闭机三维设计及分析 - 图文

郑州大学毕业设计（论文）

题 目 水电站卷扬式 启闭机结构设计

院 系 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 年 级

学生姓名

指导教师

2013年6月1日

摘要

启闭机是水电站中用来调节闸门开度、起吊拦污栅，实现调节水流、拦洪蓄水、排沙冲沙等目的的重要起重机械。启闭机的生产质量和工作性能，对水利水电工程的正常运行，乃至对人民的生命财产安全都至关重要。

本文在充分论证的基础上，选定固定卷扬式启闭机进行设计和研究，把三维建模和有限元分析方法引入启闭机设计。首先，利用机械设计理论完成了固定卷扬式启闭机结构的设计与计算；然后用Solidworks软件进行了三维建模，得到其三维实体模型，并利用Solidworks simulation插件对启闭机机架进行有限元分析，这对提高启闭机的设计质量和改进制造工艺具有一定的指导意义。

由于在设计时采用了先进的三维建模技术和有限元分析方法，不仅提高了设计水平，而且还极大地缩短了设计周期。

关键词 启闭机，设计，三维建模，有限元

Abstract

Hoist is one of the important hoisting machinery which is used to open and close the sluice gate and the trash rack so as to adjust water current, control flood, store water, get rid of sediment and so on. Its quality and performances have an important influence to the operation of hydropower station, and even to people's property and their lives.

Based on the fully demonstrated, the stationary winding hoist is studied and designed by using the method of 3D parametric modeling and finite-element analysis in this paper. First of all, completing the design and calculation of the hoist in mechanical design theory. Then building the 3D model of it by 3D parametric software Solidworks, and realizing the computer animation of its windlass mechanism. Finally analyzing the bracket and obtaining the stress-strain diagram of it by finite-element analysis software Solidworks Simulation. The results have certain directive function to improve the quality and process of hoist.

With 3D modeling and finite-element analysis, it not only improves the level of design, but also shortens the design time.

Key Words hoist，design，3D parametric modeling, finite-element

I

目 录

摘要........................................................................................................................I Abstrct.....................................................................................................................I 1 绪论..................................................................................................................1

1.1 论文写作的目的、现实意义...........................................................................1 1.2 国内外启闭机的研究与应用现状....................................................................2 1.2.1 国内外启闭机的研究现状.......................................................................2 1.2.2 国内外启闭机的应用现状.......................................................................3 1.3 目前存在的主要问题及未来发展趋势.............................................................5

1.3.1 目前存在的主要问题..............................................................................5 1.3.2 未来发展趋势........................................................................................6 1.4 关于本课题的研究内容及其意义....................................................................6 1.4.1 本课题的研究内容与技术路线................................................................6 1.4.2 本课题的关键技术和方法.......................................................................7

1.4.3 本课题的主要成果及其意义...................................................................7 1.4.3.1本课题的主要成果...........................................................................7 1.4.3.2 本课题的研究意义..........................................................................7 1.5 本章小结.......................................................................................................7 2 启闭机结构设计与三维建模............................................................................8 2.1 卷扬式启闭机结构设计..................................................................................8 2.1.1 启闭机种类及特点.................................................................................9

2.1.2 卷扬式启闭机的构成及工作原理............................................................9 2.1.3 启闭机总体方案比较与确定...................................................................9 2.1.3.1 卷扬式启闭机的整机布置...............................................................9 2.1.3.2 卷扬式启闭机动力传动方式的确定...............................................10 2.2 启闭机三维建模...........................................................................................11

2.2.1 三维建模软件Soliworks介绍..............................................................11 2.2.2 机架的三维建模过程举例.....................................................................14 2.3 本章小结.....................................................................................................24 3 机架的有限元分析..........................................................................................25 3.1 Solidworks Simulation插件简介................................................................25 3.2 机架的有限元分析.......................................................................................26

3.2.1 机架受力计算与分析............................................................................29

II

3.2.2 机架的有限元分析...............................................................................29 3.3 本章小结.....................................................................................................39 4 卷扬式启闭机二维工程图..............................................................................40 5 结论与展望......................................................................................................41 5.1 结论............................................................................................................41 5.2 展望............................................................................................................41

谢辞……………………………………………………………………...……...42 参考文献………………………………………………………………...……...43

III

1 绪论

1.1 论文写作的目的、现实意义

“水电站卷扬式启闭机结构设计”论文写作的主要目的是培养自己综合运用所学的基础理论课、技术基础课和专业课知识和技能去分析解决有关卷扬式启闭机结构的技术问题的能力；培养自己建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法；进一步巩固、扩展和深化自己所学的基本理论、基本知识和基本技能，提高自己设计计算、数据处理，编写技术文件，正确使用技术资料、文献标准、手册等工具书的独立工作能力；培养自己严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，树立正确的生产观点、经济观点和全局观点，从而为自己走向社会适应工程技术工作打下一个坚实的基础。并能具体掌握有关卷扬式启闭机的理论知识。

随着国民经济的飞速发展，国家各行各业及百姓生活对电力的需求量都大大增加。为了解决电力不足、缓解用电压力，国家充分利用水资源，大力发展水利电力事业，各种大大小小的水电站星罗密布、遍布全国。在工农业生产和日常生活中，水电站在水利发电、防洪排涝、农田灌溉及生产生活供水等方面都发挥着重要作用。而启闭机是水电站中用来调节闸门开度、起吊拦污栅，实现调节水流、拦泄洪峰、排沙冲沙等目的的重要的起重机械，也是完成其他金属结构与机电设备安装和检修的辅助机械。因此，启闭机的生产质量和工作性能的好坏，对水利水电工程的正常运行、充分发挥其效益，乃至对人民的生命财产安全都至关重要。 水电站的启闭机种类繁多。其中，卷扬式启闭机结构简单，操作方便，运行速度较快，能保证严格的传动比，对外界工作条件要求较低，适用于多种工作环境，性能可靠，并且维护方便，价格便宜，是大、中型水利水电工程广泛采用的一种闸门启闭机。因此，卷扬式启闭机的设计与制造在水电站启闭机事业研究中占有重要地位。

卷扬机式启闭机一般由起升机构、机架及电气控制系统组成。水电站卷扬式启闭机结构设计主要是指机架的设计。机架在使用过程中承受很大的力，机架的设计包括对机架在外载荷作用下的应力、变形及挠度的校核计算和分析。在设计过程中，需要利用SolidWorks软件进行三维模型建模，并利用其“有限元分析”功能对机架进行强度、刚度、应力、应变和位移分析，还可进行结构的动力学分析。从不同角度确保机架设计合格、安全、经济，机架的可靠设计是保证启闭机正常运行的前提。

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