立式辊磨机结构设计及关键部件有限元分析

作     者：周凯华 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈作炳

授予年度：2013年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：立式辊磨机 参数化设计 有限元分析 优化设计 

摘      要：立式辊磨机作为一种高效、节能型的粉磨设备,在工作原理、研磨机理、机械结构系统、工艺性能等方面具有独特的优点,随着新型干法水泥生产技术的发展己广泛应用于粉磨生料或水泥熟料,并正在向建筑、化工、陶瓷制品和玻璃生产等行业拓展,其巨大的优势促使其成为新建粉磨项目的标准设备。 为解决实际开发设计和系列化定型设计中的关键技术问题,本论文采用基于3D特征造型的CAD技术,对立式辊磨机进行设计并对其关键部件进行有限元分析,为该设备的开发研制和推广应用奠定了基础。本论文主要内容如下： (1)通过立式辊磨机与传统的粉磨设备球磨机和辊压机的对比突出了立式辊磨机的优点;然后对立式辊磨机的国内外研究现状进行系统地阐述,指出目前立式辊磨机的发展趋势及其开发设计中存在的技术问题。 (2)了解立式辊磨机的粉磨工艺流程和工作原理,对现有立磨的结构组成及组合类型进行分析,合理选择立磨的各主要部件的结构形式,按照设计要求对立磨各部件进行参数化设计。然后,以PRO/E为平台,通过实体建模、虚拟装配设计完成立磨关键部件的设计;同时可以在PRO/E中对装配体进行静态结构干涉检查以保证结构的合理性;设计完成后将三维立磨样机直接转化为零件和装配图的二维工程图,以利于工程实际生产。 (3)介绍弹性力学问题有限元分析的一般原理,利用ANSYS Workbench与PRO/E的双向互动功能,在PRO/E软件中创建立磨磨盘和磨辊传动装置的简化模型,然后导入ANSYS Workbench进行有限元分析,得到磨盘、磨辊传动装置中各零件的位移变形和应力分布,以优化各零件的结构、材料性能。另外,考虑到粉磨过程中由于粉磨料层的不稳定或其他外界因素会导致磨盘产生振动,因此,对磨盘进行模态分析,得出磨盘的固有频率及主振型,使磨盘的设计预先避免可能引起的共振。 (4)在有限元分析的基础上,运用数学优化思想,采用ANSYS Workbench中的Design Exploration模块对立磨磨盘进行优化设计,以进一步指导工程设计。 本论文从实际工程应用角度出发,为立式辊磨机的开发研制提供了瓶颈技术,该技术的有效实施不仅可以缩短产品的开发周期,提高产品的设计质量和降低设计成本,而且为立式辊磨机的产业化、系列化发展进程奠定了技术基础。