偏心辊式破碎机关键部件强度分析及试验研究

作     者：王玉宽 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王国强

授予年度：2024年

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

主      题：偏心辊式破碎机 强度分析 腔型结构 机器学习 卷积神经网络 

摘      要：偏心辊式破碎机是近年来德国研制的新型粗碎破碎机,相对于颚式破碎机、旋回式破碎机和圆锥式破碎机拥有效率高、整体结构尺寸紧凑、能耗低和平衡性强的优点,具有极高研究价值。目前,对于偏心辊式破碎机关键部件强度分析及疲劳寿命预测的方法尚未明确,因此需要提出对应分析方法。本文结合国家自然科学基金项目(No.52375098)和沈阳市揭榜挂帅项目“偏心辊式破碎机关键技术攻关(No.22316120),以偏心辊式破碎机关键部件强度分析和寿命预测为目的,进行研究内容如下: 介绍了偏心辊式破碎机的工作原理及组成,描述了物料在破碎腔内的破碎过程以及不同运动形式对于破碎过程的影响。当物料破碎区域处于下颚板中部时,此时破碎腔内破碎力分布较为均匀,破碎效果较好。 分析了腔型设计的主要参数,确定破碎腔的划分依据,在此基础上提出基于物料强度特性与啮合角度的腔型设计方法。通过腔型特征曲线对比分析,阐述不同腔型结构下破碎行为主要发生区域的不同,当主要破碎区域发生在下颚板中上部时,破碎机拥有更高生产率和更合理的破碎力分布。通过样机试验的方法对下颚板压力、生产率和功率进行分析,验证理论与仿真的一致性。 利用离散元、多体动力学和有限元共同计算的方法对偏心辊式破碎机进行强度分析,通过下颚板与支撑轴之间的压力传感器数据校准离散元方法中的粘结参数,提出基于CNN转置卷积神经网络的粘结参数标定方法,平均标定误差为4.7%。在此基础上,提出一种简化辊体复杂表面结构的方法,即基于无监督机器学习算法K-mean++的破碎力聚类方法,用来简化辊体表面结构。网格质量提高3.8%;力的加载点由6550个作用点简化为6个作用区域。 通过下颚板压力分布规律与校准的仿真模型提取辊体主轴的载荷-时间历程,对载荷的均值和幅值进行独立性检验,获取联合概率密度函数,进而编制载荷谱。结合材料S-N曲线和线性累计损伤理论对辊体主轴的疲劳寿命进行预测。 综上所述,本文以提高破碎设备整体强度特性为主要研究目标。通过揭示腔型结构对破碎力的影响,进而提出一种改善受力分布的腔型设计方法。在此基础上,利用多体动力学、离散元和有限元方法对辊体主轴危险截面、极值应力和剩余疲劳寿命进行分析。论文的研究工作为偏心辊式破碎机开发提供了参考。