防爆筒盖及自动启闭装置的设计和仿真

防爆筒盖及自动启闭装置的设计和仿真
防爆筒作为安防领域应用较为广泛的防护容器件,起到隔绝和减少危险物品对外界的损伤的重要作用,为人民的生命和财产安全提供了有力的保障。

由于国内大部分防爆筒封口处结构简单、价格低廉,多为手动近距离开启,导致其不能很好的承受设计要求的抗爆当量,在使用过程中存在较大的安全隐患。

针对防爆筒的现有结构和存在的使用弊端,本文设计了防爆筒盖及其自动启闭装置,主要对其作了如下几方面研究:(1)通过经验公式和逆向设计原理对爆炸比例距离、密闭防爆筒内冲击波超压大小、所需泄压面积进行计算与评估,为已有防爆筒的封口结构设计和防爆筒盖所需设计参数提供依据。

(2)完成推拉式防爆筒盖和端口的结构设计,并建立其三维模型。

基于动力系数法,将动态爆炸冲击力转换为等效静态力,通过ANSYS 14.5有限元分析软件对模型进行静态分析,研究结构在等效力作用下的强度和刚度问题。

对防爆筒进行抗爆性能试验测定,通过试验结果发现端口结构产生了严重的断裂失效。

(3)通过对防爆筒端口设计的不足之处进行分析和改进设计,同时重新对防
爆筒盖进行了设计;本着轻量化设计的原则,进一步着重对防爆筒盖进行了优化
分析。

通过敏感度分析筛选出影响盖体强度和刚度的主要因素,并以其为优化变量得到最佳工艺参数。

在显示动力学程序autodyn中对优化后的防爆筒盖体,防爆筒壳体、炸药和空气进行数值建模和参数设定,通过计算机数值模拟,更为精准的观察防爆筒盖
在爆炸情况下的动力响应。

(4)设计了基于机—电—气一体化控制系统的防爆筒自动启闭装置;对直线驱动件气缸、主要气压元件换向阀、旋转驱动件回转支承
等关键工作部件的进行了的理论和选型,为后续的控制系统建模仿真所需的特性参数提供数据支持。

通过西门子S7-300软件,确定了以模糊自整定PID算法为基础的相关控制系统的设计方案。

(5)建立整个控制系统的数学模型,通过Matlab软件对控制系统分别进行常规PID控制和模糊自整定PID控制的仿真模拟分析,对比观察主从控制系统的阶跃响应,分析结果表明基于模糊自整定PID控制算法的控制系统稳定无超调,误差基本控制在2%左右,满足理论设计要求,并初步完成样机的搭建。