偏心双刚体振动磨的刚散耦合动力学研究

论文摘要

振动磨是粉体工业中应用最广泛的粉磨机械设备之一。传统振动磨的振动能量从筒壁通过磨筒与磨介以及磨介与磨介间的碰撞逐层向里传递,同时将其间物料进行磨碎。在此期间,能量消耗使散体(磨介和物料)振动能量自外向里呈现指数衰减,磨筒中心区为低能量区,不能有效地破碎物料。致使磨机的能量利用率低,产品粒度分布不均,且严重制约了设备的大型化。双刚体振动磨为针对上述问题发明的新机型。本文针对该磨机进行了理论和实验研究。首先,针对双刚体振动磨的特点进行刚体动力学建模分析。通过拉格朗日方程建立系统六个自由度动力学方程,应用Maple计算软件计算,得出机体和中心刚体各点的运动轨迹、绝对位移、相对位移和速度。发现磨筒上除质心外各点和中心刚体运动轨迹均为椭圆,中心刚体的振动强度明显大于机体振动强度,并且他们始终有一个相位差,真正实现了能量的双向传递。应用虚拟样机技术对双刚体振动磨建模,通过ADAMS仿真得出系统轴承力与各弹簧的弹簧力,为振动磨功率计算提供了依据。其次,针对双刚体振动磨磨筒内部散体磨介进行动力学建模分析。振动磨的粉磨是通过磨介与磨筒、磨介与磨介之间碰撞实现的。为真正的认识磨介的运动规律和刚散耦合规律,以及进一步提高粉磨效率提供理论依据,应用离散单元法对磨机内部的磨介进行动力学建模,通过仿真理解了磨介的运动规律和中心刚体与磨介的刚散耦合规律,从能量的角度分析了中心刚体对能量分布的影响,证实中心刚体在提高能量,均化能量分布所起的积极作用。最后,结合理论分析与实验研究对中心刚体振动磨结构进行优化改进,并通过粉磨粒度实验验证了半圆棒偏置双刚体振动磨方案的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 引言
• 1.2 振动磨的发展现状
• 1.3 本课题组对振动磨研究回顾
• 1.4 虚拟样机技术
• 1.4.1 虚拟样机技术简介
• 1.4.2 ADAMS 软件简介
• 1.5 离散单元法
• 1.5.1 离散单元法简介
• 1.5.2 DEM 在磨碎方面的应用现状
• 1.5.3 PFC3D 基本理论
• 1.5.4 PFC3D 基本特征
• 1.5.5 PFC3D 模拟模型对象
• 1.6 本文的主要研究内容
• 第二章 偏心双刚体振动磨的刚体动力学分析
• 2.1 引言
• 2.2 偏心双刚体振动磨的刚体动力学建模
• 2.2.1 系统动能
• 2.2.2 系统势能
• 2.2.3 系统的动力学方程
• 2.3 振动磨运动轨迹分析
• 2.4 振动磨粉磨实验
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于 ADAMS 的偏心双刚体振动磨关键部件动力学分析
• 3.1 前言
• 3.2 ADAMS 的仿真流程
• 3.2.1 ADAMS 的建模与仿真过程
• 3.2.2 振动磨系统ADAMS 建模与仿真
• 3.3 双刚体振动磨ADAMS 仿真结果分析
• 3.3.1 磨筒上各点轨迹
• 3.3.2 磨机系统内弹簧受力分析
• 3.3.3 磨机轴系轴承径向力
• 3.4 双刚体振动磨轴承系统振动分析
• 3.4.1 振动磨轴承系统建模
• 3.4.2 振动磨轴承系统仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 偏心双刚体振动磨内部动力学分析
• 4.1 前言
• 4.2 振动磨磨介运动规律
• 4.2.1 实验设备
• 4.2.2 实验要求
• 4.2.3 实验结果分析
• 4.3 双刚体振动磨中的刚散耦合
• 4.3.1 刚散耦合原理简介
• 4.3.2 刚散耦合功能的实现
• 4.4 PFC3D 仿真流程
• 4.5 振动磨的DEM 模型建立
• 4.5.1 磨筒及中心刚体建模
• 4.5.2 磨介散体建模
• 4.5.3 仿真参数设定
• 4.6 振动磨的DEM 仿真及其结果分析
• 4.6.1 磨筒与中心刚体运动轨迹
• 4.6.2 中心刚体受力情况
• 4.6.3 振动磨磨筒内单个磨介小球运动情况
• 4.6.4 振动磨磨筒能量分布
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与展望
• §5-1 全文总结
• §5-2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果