全悬挂转炉倾动机构优化设计及其动力学分析

作     者：仝翔翔 

作者单位：江西理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：古莹奎

授予年度：2012年

学科分类：080602[工学-钢铁冶金] 08[工学] 0806[工学-冶金工程] 

主      题：转炉倾动机构 优化设计 动力学分析 动力学仿真 有限元分析 

摘      要：转炉倾动装置是炼钢的主要设备之一,其主要功能是用于完成转炉本体的平稳倾动以及准确定位,辅助完成兑铁水、出钢、加料、修炉等工艺操作。因此如何提高倾动装置的可靠性和维修性,成为业界研究的重要课题之一。为提高转炉倾动装置的可靠性和安全性,本文以杭州钢铁集团炼钢厂1#转炉倾动装置为研究对象,综合应用CAD、数值分析和计算机仿真等技术,并充分考虑转炉的实际工作状态,对其传动系统进行结构优化、动力学分析以及动力学仿真,以提高倾动机构的工作性能。本文主要研究内容如下： (1)全悬挂转炉倾动机构的优化设计。建立了转炉倾动机构传动系统的优化设计数学模型,以传动系统的体积作为目标函数,传动齿轮的模数、齿数、螺旋角、齿宽系数等做为设计变量,合理分配各级齿轮传动的减速比,确定线性与非线性约束条件,并编制了优化模型求解的Matlab程序,将优化结果与原结构进行了对比分析。 (2)全悬挂转炉倾动机构的动力学分析。建立了倾动机构的动力学模型,合理设置传动系统的各个参数,并将系统动力学模型进一步简化为三自由度质量系统,建立了系统动能、势能和系统的扭转微分方程组,通过求解找到系统发生振动的原因,为正确使用与维护设备提出了相应的解决与预防措施。 (3)全悬挂转炉倾动机构的动力学仿真。为更加明确全悬挂转炉倾动机构的动力学特性及其在运行过程中主要传动部件的受力情况,应用Pro/E对倾动机构进行三维实体建模并利用动力学仿真软件Adams对其进行数值仿真,通过仿真得出传动系统输入、输出转速曲线以及各对齿轮之间啮合力的大小变化,从而得出倾动机构的运行规律,为倾动机构避免发生共振提供理论依据。 (4)全悬挂转炉倾动机构关键零部件轴承座和三级减速器箱体有限元分析及强度刚度分析。对一次减速机中的各级齿轮轴及轴承座进行了力学分析,由有限元分析的应力云图可知轴承座受力来自齿轮啮合力,受力最大的是前三对轴承座,尤其是第二对轴承座处。由位移云图分析可知要保证整个减速机的结构刚度,必须使齿轮啮合过程中受到的轴向力与径向力尽量要小。