多支承回轉(zhuǎn)窯接觸體系的力學特征研究及參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、本論文以形成一套完備的回轉(zhuǎn)窯設(shè)計、維護理論體系為目標，對回轉(zhuǎn)窯的力學機理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、運行狀態(tài)調(diào)整等問題進行系統(tǒng)深入的研究。 推導了回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料動態(tài)安息角的計算公式，建立了料床與封蓋窯壁間對流傳熱的物理數(shù)學模型，并求出了料床與封蓋窯壁的對流傳熱系數(shù)，推出了煙氣、物料、窯壁凈輻射換熱量的計算公式，最終建立了多參數(shù)耦合工況下回轉(zhuǎn)窯傳熱過程的綜合數(shù)學模型，通過數(shù)值仿真，得出了窯內(nèi)煙氣、物料、窯壁的溫度分布規(guī)律。 根據(jù)滾圈處筒體的

2、變形及平衡條件，得出了筒體-滾圈的接觸角及筒體-滾圈的接觸壓力分布規(guī)律。提出了接觸問題的系統(tǒng)分解法，并將回轉(zhuǎn)窯接觸大體系分解成筒體與滾圈接觸體系、滾圈與托輪接觸體系、托輪與托輪軸接觸體系。通過在托輪與托輪軸的過盈配合面上設(shè)置接觸偽單元，對托輪與托輪軸接觸體系進行了有限元數(shù)值計算。研究了斜壓狀態(tài)下托輪滾圈多體接觸模型的特點，基于均勻設(shè)計法及有限元分析，擬合了滾圈的力學特征公式?；诙嘀刈咏Y(jié)構(gòu)技術(shù)，建立了超長筒體與滾圈的多體接觸模型。通過這

3、些研究，得出了如下結(jié)論：托輪與滾圈的接觸應(yīng)力基本以接觸中心為圓心，由接觸中心向著接觸邊緣逐步遞減；滾圈回轉(zhuǎn)一周，截面等效應(yīng)力交變五次，這種周期性交變應(yīng)力易導致滾圈開裂；檔位段筒體的等效應(yīng)力遠大于跨間筒體等效應(yīng)力，檔位段筒體的強度偏弱，跨間筒體強度有一定富余。 研究出了給定位移下回轉(zhuǎn)窯支承力的有限元通用解法，得出了支承力與軸線偏差的計算公式。研究表明：回轉(zhuǎn)窯支承力受中間檔軸線偏差的影響大，受邊緣檔軸線偏差的影響??；每檔支承力主要受

4、本檔及其左右兩檔軸線偏差的影響，受其它檔軸線偏差的影響較??；垂直方向的軸線偏差，主要影響載荷在各檔支承上的分配，水平方向的軸線偏差主要影響托輪支承力的大小。 將模糊優(yōu)化與有限元法相結(jié)合，建立了筒體結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，用子問題近似法進行求解，結(jié)果表明：筒體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少了筒殼的最大等效應(yīng)力、最大支承力及筒體的變形橢圓度，增大了筒殼的疲勞安全系數(shù)，增強了筒體抗御突變載荷的能力。 建立了基于名義應(yīng)力法和局部應(yīng)力應(yīng)變法的支承系統(tǒng)疲勞損

5、傷模型，并提出以局部塑性變形的大小作為模型的選用準則。以滾圈疲勞損傷量最小及以支承系統(tǒng)疲勞損傷量最小為目標，建立了滾圈支承角優(yōu)化模型。求解結(jié)果表明：當滾圈支承角為傳統(tǒng)的30°時，滾圈的使用壽命遠小于最佳支承角時的使用壽命，在傳統(tǒng)設(shè)計中將滾圈的支承角一概定為30°欠合理。 從回轉(zhuǎn)窯運行狀態(tài)調(diào)整出發(fā)，以各檔托輪受力均衡及軸線相對偏移量最小為優(yōu)化目標，考慮窯軸線單次調(diào)整量、軸線偏差、傳動系統(tǒng)、窯頭窯尾密封、滾圈變形、接觸應(yīng)力等窯體調(diào)整

6、制約條件的模糊因素，建立了回轉(zhuǎn)窯運行狀態(tài)調(diào)優(yōu)模糊決策模型，并應(yīng)用最大最小法、加權(quán)平均法、模糊綜合評判法求解了該模型。應(yīng)用表明模糊優(yōu)化調(diào)窯比常規(guī)調(diào)窯、普通優(yōu)化調(diào)窯能更均衡地分配回轉(zhuǎn)窯載荷，而且當軸線偏差較大時，能更顯著地減少軸線偏差，使軸線更平直，因而對改善回轉(zhuǎn)窯的機械運行狀態(tài)最理想。 綜合以上研究成果，開發(fā)了集監(jiān)測、分析和管理于一體的回轉(zhuǎn)窯運行狀態(tài)監(jiān)測與調(diào)優(yōu)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能查詢軸線歷史狀態(tài)、預(yù)測軸線變化趨勢、顯示托輪受力、優(yōu)化調(diào)窯