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磨粉机轧距及齿辊齿形参数测量技术研究

磨粉机轧距及齿辊齿形参数测量技术研究

作者：吕少杰河南工业大学

学位级别：硕士

目前国内外面粉厂中最常用的制粉设备是辊式磨粉机,其工作时主要依靠一对相向转动的磨辊将进入其中的物料进行挤压、剪切以及研磨。在制粉过程中,快慢辊之间的轧距直接影响着制粉效果的好坏,而随着制粉时间的积累,磨辊将出现不同程度的... 详细信息

目前国内外面粉厂中最常用的制粉设备是辊式磨粉机,其工作时主要依靠一对相向转动的磨辊将进入其中的物料进行挤压、剪切以及研磨。在制粉过程中,快慢辊之间的轧距直接影响着制粉效果的好坏,而随着制粉时间的积累,磨辊将出现不同程度的磨损,当其齿形参数如齿顶宽、齿角、齿深发生改变时,导致磨粉机轧距难以保持,制粉效果也将受到影响。因此在制粉过程中对轧距及齿辊齿形参数进行持续测量变得十分重要。本文基于机器视觉技术对磨粉机轧距及齿辊齿形参数进行非接触式测量研究。根据磨粉机轧距及齿辊齿形参数测量过程中出现的问题,结合不断发展的数字图像处理技术、边缘提取算法和动态测量方法,对磨粉机轧距和齿辊齿形参数的非接触式测量进行了研究。本文主要研究内容如下:1.从研究背景出发,对制粉过程中影响磨粉机制粉效果的参数进行分析,引出了目前国内外对这些参数进行非接触式和接触式测量方法的研究现状。通过对比分析各种方法的优劣,提出了基于机器视觉技术的磨粉机轧距及齿辊齿形参数非接触式测量方法,并介绍了研究的目的及意义。2.对磨粉机轧距及齿辊齿形参数测量系统的各零部件进行选型,明确测量系统的功能要求。通过对比最终确定选择CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工业相机,并根据待测齿形区域以及测量精度计算选取相机分辨率。随后提出光源类型的选择标准并选取合适的光源及照明方式。最终完成对测量系统零部件的选型组装工作。3.利用搭建的参数测量系统,以采集到的齿辊图像为基础,分析、探究并确定了本测量系统图像处理的算法和流程。着重介绍了齿辊的边缘提取算法,并证明经典的像素级边缘提取算法已不满足磨粉机轧距及齿辊齿形参数测量的精度要求。藉此引出基于Zernike-Otsu改进算法的亚像素边缘提取方法并在MATLAB开发环境中利用采集的图像对改进算法和结果的正确性进行了验证,结果表明改进算法较原算法具有更高的精度和准度。4.针对传统测量时需要停机的缺点,研究了一种动态测量方法并通过试验确定经过处理后的图像仍然能够被用来进行参数测量。随后对1B、2B工艺流程下的快慢辊进行动态测量,并随机抽取若干幅关键帧进行参数测量并取平均值,最终结果显示:随着磨粉机磨辊转速增加,测量系统动态测量的误差也在逐渐增大。轧距测量误差由±0.005mm增大到±0.015mm,齿角测量误差由±2°增大到±3°,齿顶宽测量误差由±0.01mm增大到±0.015mm,齿深测量误差变化不明显仍在±0.08mm以内。5.利用Matlab软件对测量系统进行了GUI界面的设计,并利用测量系统的GUI界面同基恩士三维轮廓仪一起对三种不同齿辊的参数进行测量,以基恩士的测量结果为参照对比分析出本测量系统的实际测量误差:轧距测量误差为±0.015mm,角度误差为±2°～3°,齿顶宽误差为±0.015mm,齿深误差为±0.08mm;并进行了误差分析和系统改进建议。

关键词：磨粉机轧距齿辊参数测量图像处理

基于离散单元法的皮磨制粉能耗与齿辊磨损研究

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基于离散单元法的皮磨制粉能耗与齿辊磨损研究

作者：张文龙河南工业大学

学位级别：硕士

辊式磨粉机是制粉工业的重要设备,用于将小麦加工成面粉,齿辊是磨粉机的重要工作部件,主要用于磨粉机的皮磨系统。制粉过程中,皮磨的能耗和齿辊磨损受到多种因素的影响,获得多因素对皮磨制粉能耗和齿辊磨损的影响规律,并对制粉研磨过程... 详细信息

辊式磨粉机是制粉工业的重要设备,用于将小麦加工成面粉,齿辊是磨粉机的重要工作部件,主要用于磨粉机的皮磨系统。制粉过程中,皮磨的能耗和齿辊磨损受到多种因素的影响,获得多因素对皮磨制粉能耗和齿辊磨损的影响规律,并对制粉研磨过程进行预测分析,具有重要的研究意义,有利于对制粉因素进行优化,降低磨粉机皮磨制粉能耗,减少齿辊磨损等。针对以上问题,本文以1B磨为研究对象,基于离散单元法,设计了一套谷物参数标定的实验方法,基于参数标定实验,建立了皮磨制粉的离散元模型,使用离散元模型对制粉因素进行分析和研究。主要研究内容如下:(1)对皮磨制粉过程及制粉关键因素进行分析,得到了影响皮磨制粉能耗、齿辊磨损的关键因素,将其分类为操作因素和齿辊因素,其中操作因素为喂料流量和轧距,齿辊因素为齿辊使用时间和辊径。通过分析皮磨制粉中的能耗和齿辊磨损,得到了皮磨制粉能耗、齿辊磨损的数学模型,为后续研究提供理论基础。(2)接触参数影响制粉中小麦籽粒的流动性,也是离散元模型中的重要参数,本文通过研究离散元接触参数对小麦籽粒流动性的影响,获得小麦籽粒的接触参数。分别通过斜面法、自由落体碰撞法,测定小麦-齿辊静摩擦系数、小麦-齿辊碰撞恢复系数,获得部分接触参数的取值范围。以小麦堆积形成的休止角表征小麦的流动性,根据前述实验获得的部分接触参数的取值范围,分别设计进行Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验,得到了影响小麦休止角的显著因素,及显著因素对休止角影响的回归方程。以实际休止角为响应值,根据回归方程求解得到了接触参数的值。(3)使用质构仪对润麦后小麦籽粒进行单轴压缩实验,研究润麦后小麦籽粒的力学特性,得到了小麦籽粒的泊松比、弹性模量、剪切模量、临界载荷分别为0.42、66.07 MPa、23.26 MPa、90.00 N。根据以上测量值,完成皮磨制粉离散元模型力学参数的设定。(4)基于Hertz-Mindlin with Bonding接触模型建立小麦籽粒的离散元模型,需标定小麦籽粒的Bonding模型参数,Bonding模型参数影响离散元模型中小麦破碎过程的特性。首先进行单因素试验,得到Bonding模型参数对小麦临界载荷影响的变化趋势。根据单因素试验结果,以小麦籽粒Bonding模型所受到的临界载荷为响应值,设计进行Box-Behnken实验,得到了小麦籽粒Bonding模型参数对临界载荷影响的回归方程。根据回归方程得到Bonding模型参数最优解的值分别为:单位面积法向刚度3.61×10 N/m、单位面积切向刚度1×10 N/m、临界法向应力1×10 Pa、临界切向应力1×10 Pa。(5)针对皮磨制粉中影响因素多,多因素作用机理尚不清晰的问题,采用离散元分析的研究方法,建立了磨粉机皮磨制粉的离散元模型,并基于离散元模型进行多因素实验,以研究制粉因素对皮磨制粉功率和齿辊磨损的关系。使用读数显微镜采集齿辊的磨齿图像,建立齿辊的三维模型,并根据前述实验得到的小麦籽粒接触参数、力学参数、Bonding模型参数,建立皮磨制粉的离散元模型。为了研究齿辊使用时间、辊径、喂料流量、轧距对皮磨制粉功率和齿辊磨损的影响,使用磨粉机皮磨制粉的离散元模型,设计进行Box-Behnken试验,得到了试验因素对皮磨制粉功率、齿辊磨损的显著性因素排名和回归方程,并对试验因素进行了分析。(6)以磨粉机1B磨为实验对象,得到了实际工况下的皮磨制粉功率和齿辊磨损情况,并验证了参数标定实验和回归方程的可靠性。使用钳型数字万用表测量皮磨电流值,并通过计算得到实测功率,发现实测功率与离散元模型回归方程功率的数值趋势性一致;使用3D轮廓测量仪,测量齿辊磨齿在不同使用时间的三维轮廓,发现其与离散元分析中齿辊的磨损趋势基本一致。证明了参数标定、皮磨制粉离散元模型、回归方程的可靠性。

关键词：磨粉机齿辊离散单元法参数标定磨损能耗

沁心选煤厂SSC700分级破碎机齿辊改造升级

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煤炭加工与综合利用 2023年第5期 6-9页

作者：李金涛中煤科工集团唐山研究院有限公司河北省煤炭洗选工程技术研究中心河北唐山063012

针对沁心选煤厂1台SSC700原煤分级破碎机使用过程中出现破碎齿辊磨损严重、齿环齿头断裂、齿辊窜轴的问题,结合分级破碎机齿辊的整体结构和外观尺寸,采取更换齿型结构、优化齿环锁紧方式的措施对破碎齿辊进行改造升级。生产实践表明,改... 详细信息

针对沁心选煤厂1台SSC700原煤分级破碎机使用过程中出现破碎齿辊磨损严重、齿环齿头断裂、齿辊窜轴的问题,结合分级破碎机齿辊的整体结构和外观尺寸,采取更换齿型结构、优化齿环锁紧方式的措施对破碎齿辊进行改造升级。生产实践表明,改造后的齿辊具有耐磨性能好、破碎效率高、可靠性能高的特点,在实际生产中取得了较好的效果。

关键词：选煤厂 SSC700型分级破碎机齿辊改造破碎效果

基于离散元的双齿辊农村厨余垃圾粉碎机性能仿真研究

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农业工程 2023年第11期13卷 93-97页

作者：宋刚张鹏连文伟杜冬杰肖景丰中国热带农业科学院农业机械研究所广东湛江524000 农业农村部热带作物农业装备重点实验室广东湛江524000 北京三态环境科技有限公司北京100071

基于离散元软件,通过双齿辊粉碎机的建模对以骨头为代表的厨余垃圾进行粉碎仿真,改变齿辊转速n和落料高度h观察仿真所产生的对应效果。颗粒分布情况和颜色(速度大小)分析表明,在35 r/min的齿辊转速和230 mm的落料高度下的效果最佳,即粉... 详细信息

基于离散元软件,通过双齿辊粉碎机的建模对以骨头为代表的厨余垃圾进行粉碎仿真,改变齿辊转速n和落料高度h观察仿真所产生的对应效果。颗粒分布情况和颜色(速度大小)分析表明,在35 r/min的齿辊转速和230 mm的落料高度下的效果最佳,即粉碎效果最佳。此研究借助颗粒黏结模型为双齿辊破碎机结构优化提供理论依据。

关键词：离散元粉碎机厨余垃圾齿辊仿真

SSC1200分级破碎机齿辊的优化改造实践

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选煤技术 2023年第4期51卷 61-64页

作者：李金涛中煤科工集团唐山研究院有限公司河北唐山063012 河北省煤炭洗选工程技术研究中心河北唐山063012

分级破碎机的齿辊结构是影响破碎性能的关键因素。为提升新疆昌泰达石灰石厂初期调整辊距后破碎机出料长条物料多、出料粒级分散等问题,在分析破碎机齿辊原有结构基础上,以低成本谋求高目标,提出相应优化方案:调整双齿辊其中一个齿辊的... 详细信息

分级破碎机的齿辊结构是影响破碎性能的关键因素。为提升新疆昌泰达石灰石厂初期调整辊距后破碎机出料长条物料多、出料粒级分散等问题,在分析破碎机齿辊原有结构基础上,以低成本谋求高目标,提出相应优化方案:调整双齿辊其中一个齿辊的齿板排序,将原来的两齿辊“V”型内旋排序,改为齿型平行的内旋排序;对齿辊齿板进行优化,在齿前增设破碎小齿,减小齿前空间的同时也参与对石灰石的破碎;通过在侧梳齿板上焊接挡料板减小侧梳齿和破碎齿辊的间隙。改造方案实施后,出料中>80 mm粒级物料基本消失,成品率由之前的67%提升到了78%。通过对分级破碎机的齿辊进行优化改造,不仅提高了设备的破碎性能,而且可为开发同系列破碎机提供一定数据支撑。

关键词：分级破碎齿辊齿辊排序齿前空间齿辊间隙成品率

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茶叶揉切机齿辊节距误差数理统计建模与分析

数学的实践与认识 2002年第6期32卷 891-894页

作者：尹志强薛峰蒋怀伟合肥工业大学机械学院合肥230009

采用 χ2检验法对 CTC齿辊节距误差进行了数理统计建模研究 ,在此基础上对工件加工精度进行了定量分析。

关键词：茶叶揉切机齿辊节距误差数理统计建模

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球团竖炉新型复合齿辊的研制与应用

铸造技术 2009年第11期30卷 1487-1489页

作者：郭林济南钢铁集团机械设备制造厂技术质量部

我厂为总公司球团厂生产的竖炉齿辊,使用寿命低,早期漏水,主要问题是齿辊辊身部位在铸造过程中组织不致密,内部有缩松、缩孔、气孔、夹杂等缺陷.虽然后期焊补能够打住压,但使用后很快就磨透表皮焊补层,导致齿辊漏水,影响球团厂正常生产.

关键词：球团竖炉齿辊应用复合使用寿命铸造过程球团厂焊补层

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可调式齿辊破碎机齿轮传动系统的受力分析

矿山机械 1992年第5期20卷 9-12页

作者：李吉祥孟志刚中国矿业大学

提出了可调式齿辊破碎机的设计计算方法,并对齿轮过桥进行了受力分析。

关键词：可调式齿辊破碎机计算法受力

磨粉机齿辊磨损特性研究及齿形测量仪设计开发

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磨粉机齿辊磨损特性研究及齿形测量仪设计开发

作者：黄奇鹏河南工业大学

学位级别：硕士

齿辊是磨粉机的重要部件,对面粉品质影响及设备性能起决定性作用。齿辊在研磨物料过程中伴随着辊面磨损,使齿辊表面几何特性产生变化,对能耗、研磨效果和齿辊寿命等相关参数产生影响。齿辊磨损严重需进行重新拉丝或换辊,换辊或拉丝过早... 详细信息

齿辊是磨粉机的重要部件,对面粉品质影响及设备性能起决定性作用。齿辊在研磨物料过程中伴随着辊面磨损,使齿辊表面几何特性产生变化,对能耗、研磨效果和齿辊寿命等相关参数产生影响。齿辊磨损严重需进行重新拉丝或换辊,换辊或拉丝过早会影响磨辊寿命、不必要的停机和磨辊拉丝带来的资本投入。换辊或拉丝过晚,不仅加快磨辊磨损速度,也影响物料产量、面粉品质及增加能耗等,故准确判断齿辊磨损状态至关重要。目前面粉厂对磨辊磨损状态判断大部分仅凭经验,所以研究磨辊磨损特性及设计开发一款适用于磨辊齿形测量的仪器非常必要。针对以上问题,确定本文研究内容是磨粉机齿辊磨损特性研究及齿形测量仪的开发。首先,通过对磨粉机齿辊磨损关键影响参数进行总结归类,将影响指标分为工艺指标、经济指标和表面特性指标,从三类指标中选取剥刮率、功耗、磨下物温度和磨辊磨损量作为本文理论与试验的重点研究对象,分别从已有齿形实验参数数据对剥刮率的影响关系、基于德邦定律对功耗进行建模分析和基于摩擦学原理对齿辊磨损过程进行理论研究等,为磨粉机齿辊磨损特性研究提供理论基础。其次,基于弹性变形理论和能量守恒定律对磨辊受力进行研究,结合有限元分析,确定试验测量区域磨损点的位置。再次,通过对FMFQ 10×2型磨粉机2B及2M磨辊连续磨损80天的表面形貌、剥刮率、电流和磨下物温度进行测量,得到各参数间的量变关系。最后,根据客户测量齿形的所需功能不同,利用显微镜成像技术和机器视觉技术对齿形测量仪进行产品设计,该测量仪可以测量齿顶宽和齿间距等参数,结合磨粉机齿辊磨损规律,达到判断齿辊磨损状态的目的。通过研究得到如下结论:1.结合目前面粉厂测量数据和齿辊磨损相关影响参数,将磨辊磨损关键影响参数分为工艺指标、经济指标和表面特性指标,该三类指标用于确定选取剥刮率、功耗、磨下物温度和磨辊磨损量作为本文理论与试验的重点研究对象。通过齿辊几何特征研究,建立了齿顶宽与齿深和齿槽面积几何参数关系。2.根据实验数据,得到锋角比齿角对剥刮率影响大,且钝对钝比锋对锋对剥刮率影响小。基于邦德定律建立磨粉机粉碎功耗模型,得出物料在Ⅰ-ⅣB研磨时,功耗逐渐减小,且齿辊磨损会使功耗逐渐增大,当磨损达到一定程度时,功耗变化急剧增大。结合试验验数据进行验证。基于摩擦学原理,以单颗粒物料为研究对象,建立了磨辊磨损数学模型,在磨损总量和其它齿型参数一定时,磨损总量随锋角和钝角的增大而减小,且钝角的影响程度大于锋角的影响。3.基于弹性变形理论和能量守恒定律对磨辊力学特性进行了研究,得到磨辊周向辊间线压力、线剪切力和辊间平均压力和平均剪切力数学模型,通过对MDDK 1000/250磨粉机在ⅠB工艺过程有限元仿真分析,得到沿轧距方向磨辊表面轴向等效应力峰值出现在距离磨辊端面30mm的位置,其值为125.91Mpa,磨辊轴向总应变峰值出现在距离磨辊端面100mm的位置,其值为13.598μm,故磨辊辊面的易磨损点在距端面30-100mm位置,该结论可以用于确定齿辊磨损的位置。4.对FMFQ型磨粉机2B齿辊磨损过程的表面形貌、剥刮率、电流和磨下物温度进行测量,齿形磨损80天后,钝面磨损深度为0.32㎜,锋面为0.21mm,剥刮率下降4.77%,电流增加3.0A,磨下物温度差升高4.2℃,且明显存在函数关系。通过对影响参数与不完整度的关系进行曲线拟合,得到本次测试齿辊不完整度是9.854%时,各项综合指标达到极点,即面粉厂最优化使用这台磨粉机在该工况下能够接受的剥刮率最小值、电耗最大值和物料温度差的最大值的条件。5.对FMFQ型磨粉机2M喷砂辊磨损过程的表面形貌、取粉率、电流和辊面及磨下物温度进行测量,喷砂辊磨损80天后粗糙度Ra减小至2.512μm,取粉率下降1.26%,电流增加2.33A,辊面温度差提高7.35℃,物料提高5.5℃,整体呈上升趋势。通过对影响参数进行曲线拟合与粗糙度的关系研究,拟合曲线交点位置是磨辊达到使用极值点。当喷砂辊磨损至交点位置时,各项综合指标达到极点,即面粉厂最优化使用这台磨粉机在该工况下能够接受的剥刮率最小值、电耗最大值和辊面及物料温度差的最大值的条件。6.根据客户测量齿形所需要功能不同,对齿形测量仪进行设计,利用显微镜成像技术和机器视觉技术,通过对总体结构、光路和硬件选型进行设计,该仪器可测量齿辊的齿顶宽等主要参数,可判断齿辊磨损程度。

关键词：磨粉机齿辊磨损齿形测量齿顶宽表面特性力学分析功耗研磨效果