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大型工业回转窑分体式滚圈技术研究

作　者: 张振兴
导　师: 夏建芳
学　校: 中南大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 分体式滚圈接触应力有限元法相似理论测试实验
分类号: TK175
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

回转窑滚圈是整个回转窑系统中最重要的传动部件之一,回转窑根据其简体的长短及承载能力来确定使用几档滚圈,通常在每个回转窑系统中有多个滚圈。目前国内外大多使用整体式滚圈,但是此种结构形式的滚圈在铸造、运输、安装及维修中都存在着巨大的困难,因此设计一种分体式滚圈就成为一个急待解决的课题。分体式滚圈结构可以在铸造能力一定的条件下生产出更大的滚圈,并且可以克服运输过程中国家运输规范的限制,分体式滚圈的维修、安装较整体式滚圈来说亦简单方便。目前国外已有分体式滚圈,但是其设计的关键技术现在国内一直未曾知晓,因此研究结构合理的分体式滚圈设计方法,对于降低滚圈的制造、运输难度,提高回转窑设备设计水平来说就具有十分重要的现实意义和工程价值。本论文以Φ5m×33m回转窑滚圈的结构尺寸为参考,设计出一种结构合理的分体式滚圈,并对其进行研究。文章首先介绍了回转窑的工作原理和装置,分析了滚圈的受力情况,设计结构合理的分体式滚圈;其次对此滚圈进行了相应的强度和刚度校核,利用有限元分析法得到滚圈在正常工况下的接触应力,并以接触应力最小为目标设计出一组结构尺寸更为合理的分体式滚圈,然后分析了其热应力、以及热—结构耦合的应力特征和量级,并为了与实验结果对比,提取出滚圈左端面内、中、外圈节点在接触载荷作用下的应力特征和量级;然后利用相似理论中的量纲分析法设计出分体式滚圈的相似模型;最后利用电测法进行分体式滚圈的实验室应力测试,并提出了滚圈应力测试的基本原理以及相应的布点等等,通过分析测试数据得出滚圈模型的主应力分布规律,并与有限元分析结果相对比,得出有限元分析结果的合理性和正确性,从而进一步证明了此种分体式滚圈的结构能满足其强度和刚度要求。论文从技术层面证明了此分体式滚圈的结构是合理可行的,该滚圈可以很好地避免了整体式滚圈的诸多弊端。其研究成果促使了回转窑的发展日趋大型化,产品日产量日趋增加,最终成倍地提高厂家的生产利润。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 回转窑概述以及滚圈在回转窑中的重要地位  8-10
    1.1.1 回转窑概述  8-9
    1.1.2 滚圈在回转窑中的重要地位  9-10
  1.2 回转窑滚圈研究与发展现状  10-13
    1.2.1 国内外回转窑滚圈结构发展现状  10-11
    1.2.2 分体式结构国内外发展现状  11
    1.2.3 国内外回转窑滚圈强度研究现状  11-13
  1.3 论文的工程背景和课题的提出  13
  1.4 论文研究内容和研究意义  13-16
    1.4.1 研究内容及方法  13-14
    1.4.2 研究意义  14-16
  本章小结  16-17
第二章分体式滚圈结构研究及宏观力学特征  17-31
  2.1 回转窑滚圈结构形式  17-19
  2.2 滚圈主要破坏形式的分析  19-21
  2.3 分体式滚圈结构设计研究  21-28
    2.3.1 分体式滚圈材料选用  21
    2.3.2 分体式滚圈结构形式  21-23
    2.3.3 分体式滚圈结构尺寸系列设计  23-25
    2.3.4 分体式滚圈强度刚度的理论校核  25-26
    2.3.5 分体式滚圈的装配方式设计  26-28
  2.4 分体式滚圈工况及静态力学模型建立  28-30
    2.4.1 分体式滚圈工作状态与工作环境  28-29
    2.4.2 分体式滚圈静态力学模型建立  29-30
  本章小结  30-31
第三章分体式滚圈接触问题分析及结构参数研究  31-47
  3.1 有限元理论简介  31-32
  3.2 分体式滚圈接触应力研究分析  32-37
    3.2.1 分体式滚圈有限元分析模型  32-34
    3.2.2 接触对的构建及单元参数设定  34-35
    3.2.3 分体式滚圈接触算法研究  35-36
    3.2.4 分体式滚圈约束构建和载荷创建  36-37
  3.3 分体式滚圈结构参数研究  37-40
  3.4 分体式滚圈接触应力分布特征及量级分析  40-46
  本章小结  46-47
第四章分体式滚圈热结构耦合问题分析及疲劳寿命研究  47-57
  4.1 分体式滚圈热应力研究分析  47-50
    4.1.1 回转窑滚圈的温度场分析  47
    4.1.2 分体式滚圈热力学理论方程建立  47-50
    4.1.3 分体式滚圈热效应分析  50
  4.2 分体式滚圈热—结构耦合研究  50-54
    4.2.1 有限元耦合场分析研究  50-51
    4.2.2 分体式滚圈热结构耦合应力应变特征分析  51-52
    4.2.3 分体式滚圈对托轮的冲击载荷分析  52-53
    4.2.4 分体式滚圈与整体式滚圈热结构耦合应力比较  53-54
  4.3 分体式滚圈疲劳寿命研究  54-56
    4.3.1 分体式滚圈疲劳寿命预测  54-55
    4.3.2 分体式滚圈疲劳磨损原因分析及预防措施  55-56
  本章小结  56-57
第五章分体式滚圈相似实验模型研究  57-66
  5.1 相似理论分析  57-59
    5.1.1 相似模型设计条件分析  57-58
    5.1.2 相似准则的导出方法分析  58-59
  5.2 通用实验模型设计研究  59-61
    5.2.1 相似实验模型类型分析  59-60
    5.2.2 实验模型标定系数的探讨  60-61
    5.2.3 相似实验模型设计过程的研究  61
  5.3 分体式滚圈相似模型设计研究  61-65
    5.3.1 分体式滚圈相似模型设计参数的分析  61-62
    5.3.2 分体式滚圈模型相似判据的研究  62-63
    5.3.3 分体式滚圈相似模型系列尺寸确定和载荷分析  63-65
  本章小结  65-66
第六章分体式滚圈模型实验研究  66-77
  6.1 分体式滚圈应力测试实验总体设计  66-68
    6.1.1 测试实验目的  66
    6.1.2 测试仪器选择  66-67
    6.1.3 测点的选择与布置  67-68
  6.2 滚圈测试原理  68-71
  6.3 分体式滚圈测试实验结果的处理与分析  71-75
    6.3.1 测试实验数据处理  71-74
    6.3.2 测试实验结果与有限元结果对比分析  74-75
  6.4 滚圈热变形实验分析  75-76
  本章小结  76-77
第七章全文总结和展望  77-79
  7.1 全文总结  77-78
  7.2 展望  78-79
参考文献  79-83
致谢  83-84
攻读学位期间主要的研究成果  84

大型工业回转窑分体式滚圈技术研究

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