【摘 要】
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底枢摩擦副是人字闸门的主要承载零部件,在船闸启闭运行时,底枢摩擦副系统受到摩擦磨损作用的影响。一旦人字闸门由于底枢摩擦副过度磨损发生故障,导致水运航线被迫停航,造成巨大经济损失和不良社会影响。对人字闸门底枢摩擦副接触受力情况和磨损失效寿命进行分析建模,快速准确计算底枢蘑菇头接触应力和底枢摩擦副磨损失效寿命节点,及时采取相应措施对磨损失效底枢摩擦副进行维维替换。通过计算获得定量结果信息,寻求新建或改
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底枢摩擦副是人字闸门的主要承载零部件,在船闸启闭运行时,底枢摩擦副系统受到摩擦磨损作用的影响。一旦人字闸门由于底枢摩擦副过度磨损发生故障,导致水运航线被迫停航,造成巨大经济损失和不良社会影响。对人字闸门底枢摩擦副接触受力情况和磨损失效寿命进行分析建模,快速准确计算底枢蘑菇头接触应力和底枢摩擦副磨损失效寿命节点,及时采取相应措施对磨损失效底枢摩擦副进行维维替换。通过计算获得定量结果信息,寻求新建或改建人字闸门底枢摩擦副的优化运行工况,延长新设计底枢摩擦副的使用年限。论文开展了基于摩擦学的人字闸门底枢摩擦副设计系统的研究。以人字闸门底枢为研究对象,分析现有服役和新建或改建的人字闸门底枢摩擦副功能需求,确定了人字闸门底枢摩擦副摩擦学设计系统的结构设计、流程开发和功能分配。对底枢蘑菇头接触应力和底枢摩擦副磨损失效寿命有关计算方法进行了分析总结,建立了适用于不同底枢工况的数值计算模型。为直观表示底枢蘑菇头接触应力和底枢摩擦副磨损失效寿命结果输出,接触应力三维图和底枢二维CAD动态图形输出,需确定底枢结构尺寸、闸门运行参数、底枢匹配材料性能参数、润滑介质性能参数、润滑结构参数、磨损量参数,对底枢蘑菇头接触应力、底枢摩擦副磨损失效寿命和底枢设计关联尺寸进行分析和计算。依据现有人字闸门底枢摩擦学理论经验成果和课题组人员试验结果,采用面向对象开发技术和模块化设计思路方法,以Visual Studio 2013作为开发设计平台,利用C#和MATLAB混合编程的方法,辅助以数据库管理系统和Auto CAD2010图形显示功能,开发出一套基于摩擦学的人字闸门底枢摩擦副设计系统。完成的主要内容有:(1)利用结构化方法构建了底枢匹配材料和性能参数、润滑介质和性能参数、润滑结构参数、闸门运行参数、磨损量参数等辅助数据库管理系统,具有对参数进行增加、修改和删除的功能。(2)运用数学建模思想对不同工况底枢蘑菇头接触应力和底枢摩擦副磨损失效寿命进行分析建模,为后续设计系统的开发工作提供必要核心算法支撑。(3)确定开发过程关键技术支持,通过C#主界面程序调用MATLAB、Auto CAD2010特定接口函数,实现接触应力、磨损失效寿命计算结果输出和接触应力三维图、底枢二维CAD动态图纸显示输出,准确直观表现底枢蘑菇头接触应力分布特性和底枢二维图纸参数化设计功能。(4)搭建设计系统人机界面,编码开发。开发完成的人字闸门底枢摩擦副摩擦学设计系统,通过人机交互界面输入必需参数,调用核心数学模型进行计算,完成结果和图形输出。经黑盒运行测试,结果表明:本文采用的建模方法和设计开发技术是可行有效的,操作简单、计算准确高效的设计系统满足既定需求目标,对指导工程实际应用底枢摩擦副的日常维护和重新设计具有重要的意义。
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