智能电动执行机构的研究

论文摘要

电动执行机构是控制阀门的重要装置,是构成发电机组旁路系统不可缺少的基本单元。我国对现有发电机组旁路系统改造和新建的发电机组都需要大量高性能的智能电动执行机构,但国内现有产品多采用传统的模拟控制,其控制精度较低,抗干扰性差,工作性能不能够满足使用要求,目前主要依靠进口,因此急需开发性能优良且价格低廉的新一代智能电动执行机构。本文根据国内发电机组旁路系统实际应用情况,在深入了解和分析国内外现有电动执行机构及其控制器形式的前提下,借鉴了它们的有效的成功经验,提出一种以单片机为控制核心,利用变频调速控制阀门开关工作速度的新的智能化设计方案。基于此方案进行了电动执行机构的总体设计、运动计算和动力计算,并完成了其各部分机械结构的详细设计。在设计中引入CAD/CAE(计算辅助设计/计算机辅助工程)技术,提出基于参数化的设计方法,以UG软件为平台对所设计的结构进行建模、虚拟装配和运动仿真,使所设计结构实体化、可视化,缩短了设计周期。在三维实体的基础上,基于有限元原理,运用ANSYS软件对机械结构进行强度、刚度和模态分析,获得其变形和应力的分布规律及自身的固有频率,验证了设计的合理性,确保所设计的机械结构能够达到使用要求。本课题所设计的智能电动执行机构具有通用性好、控制精度高、运行平稳、结构紧凑、操作简单、维护方便等特点,可以很好地满足国内发电机组旁路系统的使用要求。该设计可以达到国际同类产品的技术水平,解决智能电动执行机构的国产化问题,不仅可以填补国内相关领域的空白,而且能够为国家节省大量外汇,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外发展概况及趋势
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 总体设计
• 2.1 设计要求
• 2.2 工作原理
• 2.2.1 阀门操控类型
• 2.2.2 传动原理
• 2.3 布置形式
• 2.4 运动设计
• 2.5 动力计算
• 2.5.1 功率和转矩特性
• 2.5.2 总传动效率
• 2.5.3 电机功率
• 2.6 本章小结
• 第3章 主要部件设计
• 3.1 电机选择
• 3.2 减速装置设计
• 3.2.1 蜗轮蜗杆传动设计
• 3.2.2 轴承的选用
• 3.2.3 箱体设计
• 3.3 手动装置设计
• 3.4 输出运动转换装置设计
• 3.5 润滑与密封
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于UG 的参数化设计与仿真
• 4.1 参数化设计的概念
• 4.2 Unigraphics 系统特点
• 4.3 参数化建模流程
• 4.4 蜗轮蜗杆参数化建模
• 4.4.1 蜗轮蜗杆基本参数设置
• 4.4.2 蜗轮参数化建模
• 4.4.3 蜗杆参数化建模
• 4.5 箱体的建模
• 4.6 标准件的建立
• 4.7 电动执行机构的虚拟装配
• 4.7.1 虚拟装配的概述
• 4.7.2 装配的方法
• 4.8 运动的仿真及实现
• 4.8.1 运动仿真的概述
• 4.8.2 运动仿真的过程
• 4.9 本章小结
• 第5章 有限元分析
• 5.1 有限元方法的概述
• 5.2 有限元软件ANSYS 的简介
• 5.3 蜗轮的静力学分析
• 5.3.1 数学模型的建立
• 5.3.2 模型的简化
• 5.3.3 蜗轮轮齿模型的导入
• 5.3.4 单元类型的选择和网格划分
• 5.3.5 确定边界条件和施加载荷
• 5.3.6 有限元分析
• 5.3.7 蜗轮有限元计算结果分析
• 5.4 蜗轮的模态分析
• 5.4.1 蜗轮模型的导入
• 5.4.2 网格划分
• 5.4.3 边界条件的确定
• 5.4.4 有限元计算
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢