基于代理模型的大型球磨机静压轴承结构优化

发布时间：2017-10-01 02:00

  本文关键词：基于代理模型的大型球磨机静压轴承结构优化

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【摘要】：近年来为了提高生产效率,球磨机型号不断扩大,并经常处于连续低速重载这样十分恶劣的工作环境,静压轴承的性能直接影响到球磨机安全性。因此研究静压轴承的承载性能、功率损耗和静压轴承的优化设计对保证球磨机的安全性、提高生产效率和经济性能具有重要意义。本文结合国家自然科学基金项目(51265020),通过对静压轴承油膜的研究,讨论分析了油腔形状及其结构参数对静压轴承承载性能和功率损耗的影响规律,并做了静压轴承的试验测试,最后对静压轴承的结构参数进行了优化设计。主要研究工作和结论如下:介绍大型球磨机静压轴承的结构特点与材质,并总结了静压轴承性能的影响因素。通过利用CFD仿真技术分析油腔形状、油腔包角、油腔宽和油腔偏位角对静压轴承承载能力、液压功耗及压力场的影响,为验证仿真方法的准确性,进行试验静压轴承的测试。结果表明油腔结构参数对静压轴承的性能有较大影响,并且试验结果证明仿真方法的准确性。提出构建静压轴承油膜代理模型的方法。通过使用优化的拉丁超立方设计试验方案,分别采用RSM方法、Kriging方法和RBF方法建立代理模型,并对三种代理模型做了精度检验和对比分析。结果表明RBF模型更适合做为静压轴承油膜的代理模型,为下一步静压轴承的结构优化打下基础。对大型球磨机静压轴承结构进行了优化设计。在满足轴承工作载荷的要求下,基于RBF代理模型分别应用MIGA优化算法对轴承进行单目标优化和MOPSO优化算法对轴承进行多目标优化,并通过应用基于灰色关联度的TOPSIS方法选取Pareto解集最优妥协解。最后将优化后的结果与原始设计进行对比分析。结果表明单目标优化设计只能使得轴承的一个目标优于原始设计,而多目标优化设计的静压轴承相比单目标优化设计和原始设计的静压轴承性能更好,不但可以承受更多的工作介质重量,而且有效降低了轴承的功率损耗。本文通过对大型球磨机静压轴承油膜进行CFD仿真计算,得到了静压轴承的承载力、功率损耗及油膜的压力分布规律,并基于代理模型对静压轴承结构进行了优化设计,对提高大型球磨机的安全性、生产效率和节约能耗具有重要意义。
【关键词】：球磨机 静压轴承 承载能力 代理模型 多目标优化
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.36
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 静压轴承研究现状12-13
• 1.2.2 基于代理模型优化设计研究现状13-15
• 1.3 主要研究内容15-17
• 第2章 大型球磨机静压轴承性能参数计算17-25
• 2.1 大型球磨机静压轴承结构特点17-19
• 2.2 大型球磨机静压轴承工作载荷19-22
• 2.3 大型球磨机静压轴承功率损耗22-23
• 2.4 本章小结23-25
• 第3章 油腔结构对静压轴承性能影响分析25-45
• 3.1 控制方程25-26
• 3.2 基本假设及边界条件26
• 3.3 油膜有限元模型26-27
• 3.4 油腔形状对静压轴承性能影响分析27-31
• 3.5 油腔结构参数对静压轴承性能影响31-38
• 3.5.1 油腔包角对静压轴承性能的影响31-34
• 3.5.2 油腔偏位角对静压轴承性能的影响34-36
• 3.5.3 油腔宽对静压轴承性能的影响36-38
• 3.6 球磨机静压轴承试验38-43
• 3.6.1 试验原理39-40
• 3.6.2 试验数据测定40
• 3.6.3 试验与仿真结果分析对比40-43
• 3.7 本章小结43-45
• 第4章 静压轴承油膜代理模型的建立45-55
• 4.1 代理模型方法45-46
• 4.2 试验设计46-49
• 4.3 代理模型的建立49-51
• 4.4 代理模型的精度检验51-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第5章 大型球磨机静压轴承结构优化55-67
• 5.1 静压轴承单目标优化55-59
• 5.1.1 静压轴承承载能力单目标优化56-57
• 5.1.2 静压轴承液压功耗单目标优化57-59
• 5.2 静压轴承多目标优化59-65
• 5.2.1 多目标粒子群优化算法60-61
• 5.2.2 Pareto解集和最优妥协解61-63
• 5.2.3 优化结果分析63-65
• 5.3 本章小结65-67
• 第6章 结论与展望67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 不足与展望68-69
• 参考文献69-76
• 致谢76

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本文编号：951643