矿用锂电池动力电源隔爆外壳力学性能研究与减振设计

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煤矿井下使用的蓄电池电源、电气、仪表等产品,在工作环境中可能会产生电弧或火花,一旦可燃性气体混合物浓度达到爆炸范围,就会引起周围环境爆炸。为确保安全生产,煤矿井下使用的电气产品均需进行防爆设计。  本文主要研究内容是矿用锂电池动力电源隔爆外壳体的力学性能分析与减振设计。磷酸铁锂电池具有比能量高、续航里程长、无记忆效应、绿色环保等优点。将锂电池应用于煤矿辅助运输设备的动力电源,能够提高设备续航里程,延长使用寿命,扩展应用场合,因此具有广阔的应用前景。根据《矿用隔爆(兼本安)型锂离子蓄电池电源安全技术要求(暂行)》要求,锂电池应用于煤矿井下必须进行隔爆设计。本文研究的隔爆型动力电源可用于矿山井下电机车、单轨吊、无轨胶轮车等辅助运输设备,具有高比能量和可靠的隔爆性能。  本文的分析对象为矿用动力电源大横断面积的隔爆外壳。爆炸过程中,长方体箱体趋向于变形成球体,法兰与盖板外边缘压紧、内边缘分离,接触面积发生变化,因此采用接触非线性模型。允许壳体局部发生塑性变形,只要塑性区被弹性区包围,可以抑制塑性变形。根据薄板理论,从理论上计算在1.5MPa压力下板应力的变形规律。运用ANSYS Workbench14.0软件建立隔爆外壳的有限元模型,进行了弹塑性变形分析,分析各板及螺栓的变形及等效应力。分析预紧力、螺栓结合长度及螺栓布置情况对螺栓受力的影响,对隔爆外壳进行结构优化,提高螺栓受力均衡性和安全性。  为防止机车振动带来的电源失效危险,本文针对电源箱的减振问题,对基于磁流变弹性体的减振器进行研究。运用Matlab Simulink动力学分析软件,分析减振器的阻尼、弹性模量变化对箱体的振幅、振动速度、振动加速度的影响,提出了基于磁流变弹性体的隔爆电源箱的减振方案。  
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