新型金刚石圆盘锯切系统优化设计研究

论文摘要

采用金刚石圆盘锯切系统生产石材板材具有成本低、效率高的特点,在石材加工行业得到了广泛的应用;随着建筑装饰业和机械制造业对大幅面石材制品需求量的增大,使得幅面宽度在900mm～1200mm的大幅面制品在石材加工中所占的比重越来越大;传统的金刚石圆盘锯切系统的切割幅面仅能达到锯片直径的1/3左右,且随着锯片直径的增大,锯片、设备及其使用成本都将呈指数倍数的大幅增加,加工大幅面制品无法体现圆盘锯锯切加工低成本的优势;针对此问题,经过大量的调研及深入的研究,提出了能够高效率、低成本的加工大幅面石材制品的新型金刚石圆盘锯切系统,切割幅面达到锯片直径的2/3左右。通过功能分析,应用模块化设计技术,结合创新设计的理念提出了新型组合结构金刚石圆锯片的基体设计方案,使新型组合结构金刚石圆锯片切割幅面可达到其直径的2/3左右;选用国内具有成熟技术的金刚石圆盘锯机,对其与锯片的连接部位及传动装置进行简易改装后用于安装新型组合结构金刚石圆锯片,实现新型金刚石盘锯切系统的总体结构设计;采用国际先进的动态测试仪器对已有的金刚石圆盘锯切系统进行动态实验测试,获取金刚石圆盘锯切系统各零部件的动态响应频率;以动态实验结果为依据,利用有限元分析软件对各关键零部件进行有限元模态分析,通过对比分析获取对新型金刚石圆盘锯切系统各关键零部件进行有限元分析的正确的方法和模型;依据正确的有限元分析方法和模型,对新型金刚石圆盘锯切系统的关键零部件进行有限元分析及结构优化设计,研究、分析并优化新型金刚石圆盘锯切系统的结构和性能,降低生产成本,最终实现结构合理、性能稳定、可靠性高的新型金刚石圆盘锯切系统。对新型组合结构圆锯片创新设计方法的研究以及结合动态实验结果及有限元理论分析进行结构优化设计的理论方法,对于各行业工具及加工设备的设计开发和研究具有较高的理论借鉴意义。新型金刚石圆盘锯切系统研究成功后,将很好的解决加工大幅面或超大幅面石板材制品的问题,不必再选用价格昂贵的砂锯、框架锯和超大直径锯片锯机;同时新型金刚石圆盘锯切系统,减小了锯机结构,显著降低了设备投资,使圆盘锯在切割宽幅面板材制品的应用中也能充分体现其低成本、高效率的优势,具有较高的经济效益和广阔的市场前景。本文得到山东省自然科学基金资助(项目编号:Y2003F11,Z2007F07)。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 金刚石圆盘锯切系统的发展与应用概况
• 1.1.1 金刚石圆锯片的发展与应用概况
• 1.1.2 金刚石圆盘锯的发展与应用概况
• 1.2 金刚石圆盘锯切系统研究概况
• 1.2.1 金刚石圆盘锯切系统锯切参数的选择
• 1.2.2 金刚石圆锯片的研究概况
• 1.2.3 金刚石圆盘锯的研究概况
• 1.3 课题研究的必要性及主要研究内容
• 1.3.1 课题产生的背景
• 1.3.2 课题研究的必要性
• 1.3.3 课题研究的主要内容
• 1.3.4 课题研究的意义
• 第2章 新型金刚石圆盘锯切系统总体方案设计
• 2.1 新型组合结构金刚石圆锯片结构创新设计研究
• 2.1.1 自校正组合结构圆锯片创新设计方案
• 2.1.2 悬挂式组合结构圆锯片创新设计方案
• 2.1.3 创新设计方案的特点比较
• 2.2 新型组合结构金刚石圆锯片结构方案
• 2.3 新型金刚石圆盘锯切系统总体结构方案
• 2.3.1 金刚石圆盘锯结构形式的选择
• 2.3.2 新型金刚石圆盘锯切系统连接部位结构设计
• 2.3.3 新型金刚石圆盘锯切系统总体结构方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 金刚石圆盘锯切系统动态实验研究
• 3.1 动态实验目的及实验内容概述
• 3.2 金刚石圆盘锯切系统简介
• 3.3 实验测试系统简介
• 3.4 动态实验方案设计
• 3.4.1 模态实验方案
• 3.4.2 空转实验方案
• 3.4.3 锯切实验方案
• 3.5 实验数据处理与分析
• 3.5.1 模态实验数据的处理与分析
• 3.5.2 空转实验数据的处理与分析
• 3.5.3 锯切实验数据的处理与分析
• 3.6 实验结果分析
• 3.6.1 金刚石圆盘锯切系统模态实验结果分析
• 3.6.2 横梁模态实验结果分析
• 3.6.3 锯片模态实验结果分析
• 3.6.4 空转实验结果分析
• 3.6.5 锯切实验结果分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 新型金刚石圆盘锯切系统有限元分析方法研究
• 4.1 新型组合结构金刚石圆锯片有限元分析方法研究
• 4.1.1 圆锯片模态分析理论
• 4.1.2 1600mm金刚石圆锯片有限元模态分析
• 4.1.3 金刚石圆锯片有限元分析模型建立方法
• 4.2 新型金刚石圆盘锯机有限元分析方法研究
• 4.2.1 金刚石圆盘锯横梁有限元模态分析
• 4.2.2 横梁有限元分析模型建立方法
• 4.3 本章小结
• 第5章 新型组合结构圆锯片有限元分析及优化设计
• 5.1 金刚石圆锯片结构静力学理论分析
• 5.2 新型组合结构金刚石圆锯片有限元静力分析
• 5.2.1 新型组合结构金刚石圆锯片有限元静力分析过程
• 5.2.2 新型组合结构金刚石圆锯片有限元静力分析结果
• 5.3 新型组合结构金刚石圆锯片有限元模态分析
• 5.4 新型组合结构金刚石圆锯片结构优化设计
• 5.4.1 优化设计的基本理论
• 5.4.2 有限元软件ANSYS中的优化设计
• 5.4.3 新型组合结构金刚石圆锯片有限元结构优化设计
• 5.4.4 新型组合结构金刚石圆锯片有限元优化结果分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 新型金刚石圆盘锯机结构优化设计
• 6.1 新型金刚石圆盘锯机横梁有限元理论分析
• 6.1.1 横梁有限元静力分析
• 6.1.2 横梁有限元模态分析
• 6.2 新型金刚石圆盘锯机横梁结构优化设计
• 6.2.1 横梁结构优化设计概述
• 6.2.2 横梁优化设计方法
• 6.2.3 横梁优化设计结果
• 6.3 新型金刚石圆盘锯机连接部位有限元分析
• 6.4 新型金刚石圆盘锯切系统设计
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表