大型电渣炉主要功能部件结构强度分析及动力学特性研究

论文摘要

电渣重熔是特种冶金的主要手段之一,电渣重熔的钢以其高纯度、组织质密和良好的机械性能成为各种高级钢和特殊钢的首选,被广泛应用在航空、航天、军工、能源工业等具有特殊要求的场合。为了得到高质量的重熔钢锭,需要对电极的进给速度进行精确控制,因此,对电渣炉机械系统主要功能部件的强度分析及动力学特性研究就显得尤为重要,它也成为电渣冶金领域中的研究热点。针对一重120吨大型电渣炉,本文通过研究国内外大型电渣炉的发展现状和技术特点,制定了电渣炉主要机械部件的设计方案,并采用三维实体建模软件Pro/E,建立了电渣炉机械系统的三维实体模型,为进行机械零件的强度分析和机械组件的运动学分析打下基础。电渣炉作为特种冶金设备,其特殊的工作环境,受温度场和电磁场的影响较大。为保证所设计完成的电渣炉机械系统的可靠性和稳定性,有必要对关键机构进行强度分析,以检验满足电极工作过程中进给速度、精度及精确位置的要求。本文采用ANSYS有限元分析软件对电渣炉关键零部件结构进行强度分析,取得了相应的分析结果,验证了机械系统结构设计的合理性。结果表明,所设计的电渣炉机械系统满足设计要求。旋转立柱是大型电渣炉机械系统的主要部件之一。立柱不仅作为导电横臂的安装母体和升降运动导轨,还可带动横臂及其所加持的电极进行旋转运动。由于导电横臂及其所加持的电极质量很大,造成旋转过程中的惯性转矩较大,容易引起立柱转动速度不稳定和角度定位不准等问题,且易于产生冲击、振荡和回摆现象。本文采用ADAMS软件,对立柱工作过程中的动力性特性进行了恒载荷、阶跃载荷和制动载荷三种工况下的动态特性分析,取得了三种载荷条件下相应的工作参数,验证了转动机构的工作稳定性。上述分析、对电渣炉工作现场操作具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电渣重熔技术简介
• 1.2 电渣重熔技术的特点
• 1.3 电渣重熔炉国内外发展及现状
• 1.4 大型电渣炉机械系统的技术现状与发展趋势
• 1.5 课题来源及意义
• 1.6 课题研究内容及技术路线
• 第2章 120吨大型电渣炉炉型设计
• 2.1 百吨级电渣炉的设计要求
• 2.2 电渣炉供电系统的型式设计
• 2.2.1 电渣炉按照供电方式的分类
• 2.2.2 百吨级电渣炉的供电型式设计
• 2.3 电渣炉机械系统的型式设计
• 2.3.1 电极进给传动方式的分类
• 2.3.2 电极进给方式的确定
• 2.4 结晶器传动型式的设计
• 2.5 三相双极串联式电渣炉机械系统总图
• 2.6 电渣炉主要机械结构设计
• 第3章 120吨电渣炉三维实体建模
• 3.1 建模思想与方法
• 3.1.1 建模思想
• 3.1.2 Pro/ENGINEER三维建模软件简介
• 3.2 电渣炉机械系统三维建模
• 第4章 电渣炉机械结构强度分析
• 4.1 有限元法简介
• 4.2 ANSYS软件简介
• 4.3 主要参数计算
• 4.4 电渣炉结构强度分析
• 4.4.1 建立有限元模型
• 4.4.2 选择单元类型
• 4.4.3 对实体模型进行划分网格
• 4.4.4 施加载荷与求解
• 4.5 电渣炉机械系统主要功能部件的结构强度分析结果
• 第5章 电渣炉关键部件动态特性分析
• 5.1 动力学研究方法
• 5.2 ADAMS软件简介
• 5.3 ADAMS仿真模型的建立
• 5.4 立柱旋转过程动力学研究
• 5.4.1 工作原理及结构
• 5.4.2 主要参数计算
• 5.4.3 仿真结果
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录