用于深水清淤的挤压抓斗装置研发

摘要

三峡水库在防洪、发电以及航运等方面有着十分积极的意义。但是近来库底泥沙淤积的问题日益严重,针对这一情况,本论文旨在研发一种适用于三峡水况的新型挤压式抓斗,本抓斗的研发设计工作在国内应属首创。挤压抓斗在疏浚工程中具有结构设计相对简单、对水体扰动小(注重环保)、疏浚深度大等优势。本文分析了不同水深、不同斗容下挤压抓斗的工作原理、传动方式、管内高浓度泥浆以及能量损耗等特性在能量损耗中,本文对摩能损失、势能损失以及附加压力损失进行了分别计算;并且分析和优化了不同斗容情况下的抓斗能耗以及输送管道管径问题。然后着重分析了适用于三峡水库的大斗容挤压抓斗,并进行了实例计算。在此基础上,以Pro/E为平台,对深水(三峡)工况下的挤压抓斗进行了数学模型分析、实体建模、虚拟装配、运动仿真、干涉分析、灵敏度分析以及优化分析;并将由此得出的运动数据、载荷分布情况导入相关有限元计算软件(MSC.Patran)进行进一步的应力、应变分析,由此得出最佳设计方案。在论文的最后给出了挤压抓斗的设计施工图纸。这种方法提高了设计效率,缩短了设计周期,也提高了挤压抓斗设计的可靠性。

目录

摘要

Abstract

公式符号对照

第一章 绪论

1.1 水库的作用与危害

1.2 三峡水库的意义

1.2.1 三峡工程的综合效益

1.3 三峡水库泥沙淤积

1.3.1 三峡工程泥沙对库尾将可能带来的隐患

1.3.2 三峡工程泥沙对下游可能带来的隐患

1.4 淤积的防治

1.5 清淤设备的比较

1.6 论文研究的主要内容

第二章 垂直管道中的固-液两相流

2.1 牛顿流体基本特性

2.2 固-液两相流的基本特性

2.2.1 容重（混合密度）

2.2.2 浓度

2.2.3 颗粒粒径与颗粒分布

2.2.4 粘度

2.2.5 泥沙颗粒的沉速

2.2.6 固体颗粒的悬浮

2.2.7 本论文中固液两相流的特性

2.3 垂直管道内固液两相流体动力学分析

2.3.1 垂直管道内固液两相流的能量损失

2.3.2 垂直管道中两相流能耗公式

2.3.3 理想流体相关基本方程介绍

2.3.4 管路粘性流体计算方程的应用

2.4 本章小结

第三章 抓斗数学模型建立

3.1 模型数值的设定

3.2 模型建立的基本思路

3.3 抓斗计算数据分析

3.3.1 小斗容抓斗分析

3.3.2 中斗容抓斗分析

3.3.3 大斗容抓斗分析

3.4 本章小结

第四章 用于三峡水库的大斗容挤压抓斗计算实例

4.1 垂直管道内泥浆能量损失计算

4.1.1 摩阻损失计算

4.1.2 势能损失计算

4.1.3 附加压力损失计算

4.1.4 垂直管道内泥浆运动的能耗

4.1.5 垂直管道内不同浓度泥浆运动能耗的比较

4.2 势能增加量的计算

4.3 液压油缸所做的有效功与能耗汇总

4.4 不同斗容下垂直管道内能耗与液压油缸所做有效功的比较

4.5 运用matlab对挤压抓斗的尺寸优化

4.5.1 优化设计介绍

4.5.2 鄂瓣结构尺寸参数优化

4.5.3 MATLAB 7.0 优化工具简介

4.5.4 挤压抓斗尺寸优化实例

4.5.5 液压油缸的选择

4.6 本章小结

第五章 挤压抓斗虚拟设计

5.1 三维建模软件介绍

5.2 挤压抓斗虚拟设计开发流程

5.3 零件三维造型

5.4 虚拟装配

5.5 机构运动学仿真

5.5.1 工况定义

5.5.2 伺服电机设定

5.5.3 运动学分析

5.5.4 装配干涉检验

5.6 本章小结

第六章 挤压抓斗结构分析

6.1 抓斗抓取阻力分析

6.1.1 清淤抓斗的抓取比

6.1.2 鄂瓣刃口插入物料内的垂直距离

6.1.3 抓斗的受力分析

6.2 抓取阻力的计算

6.2.1 切入阻力

6.2.2 摩擦阻力及粘聚力

6.3 动力学及有限元分析

6.3.1 第一危险工况动力学分析

6.3.2 第一危险工况有限元分析

6.3.3 第二危险工况动力学分析

6.3.4 第二危险工况有限元分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

上海交通大学学位论文答辩决议书