滚轮支承卧式离心铸造机动力学性能及其对炉管铸造壁厚影响的研究

发布时间：2020-10-21 23:09

　　 离心铸造是特种铸造的一种,适合用于加工中空的轴对称零件,化工裂解炉炉管主要是依靠离心铸造法生产。在炉管离心铸造过程中,铸型转子的振动会使炉管产生壁厚不均匀现象,影响炉管的性能。本文以滚轮支承卧式离心铸造机为研究对象,通过力学建模和试验研究,系统地研究了离心铸造机的动力学性能、各种参数对动力学性能的影响以及振动对离心铸造炉管最终壁厚的影响。本论文的主要研究内容和成果包括:通过受力分析,建立了滚轮支承离心铸造机的支承刚度和阻尼计算模型,在考虑铸型转子每个截面的偏心质量的偏心距和偏心方位角条件下建立了铸型转子的振动模型,利用传递矩阵法对该模型进行了数值求解。通过算例,研究了支承跨距和支承角对铸型转子固有振动的影响以及偏心距和偏心方位角对铸型转子不平衡响应的影响。自行设计并搭建了离心铸造机振动模拟试验装置,通过进行振动试验,验证了所建立的理论模型。建立了描述滚轮与铸型外圆形状误差和表面微观粗糙形貌的数学模型,通过几何分析,建立了计算滚轮与铸型实际接触点坐标的计算方法,根据求得的实际接触点坐标,得到了铸型转子所受的支承滚轮的激励力,将此激励力引入动力学模型中,构建了可以考虑滚轮和铸型表面形状误差和表面粗糙度的铸型振动性能计算方法。结合具体算例,研究了滚轮和型筒外圆形状误差及表面粗糙度对离心铸造机铸型转子幅频响应、振型、中心运动轨迹的影响规律。在建立矩形大块式基础作用在弹性半空间地基时基础和地基综合刚度及阻尼的计算方法的基础上,根据振动理论和转子动力学理论建立了考虑机器基础振动的滚轮支承离心铸造机铸型的振动模型,并用传递矩阵法对模型进行了求解。通过算例,系统地研究了大块式基础高度、埋置深度、底面尺寸等对铸型转子固有频率以及强迫振动的影响规律。在滚轮支承离心铸造机动力学模型的基础上,利用流体力学相关知识,建立了炉管离心铸造时的钢水流动-铸型振动耦合模型,结合瞬态传递矩阵方法,对钢水流动-铸型振动耦合模型进行了求解,同时得到了各个时刻铸型的振动量和内部的钢水流动情况,并结合算例分析,研究了钢水质量对铸型转子振幅和共振转速的影响以及铸型偏心量和钢水质量对炉管壁厚不均的影响规律。在炉管离心铸造时的钢水流动-铸型振动耦合模型的基础上,对铸型和钢水组成的系统进行热分析,建立了卧式离心铸造的钢水流动-铸型振动-钢水冷却耦合模型,数值计算了各个时刻各截面钢水的流动情况、铸型的振动情况和各点的温度。并通过算例,研究了铸造炉管的冷却降温过程以及型筒振动对铸造炉管最终壁厚的影响规律。本论文的研究内容和所取得的研究成果可为滚轮支承离心铸造机的设计、优化及离心铸造炉管的壁厚预测提供理论支撑。
【学位单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG233.3
【部分图文】：

离心铸造属于特种铸造的一种，是将高温金属熔液浇入高速旋转的铸型中，在离心??力的作用下填充铸型，再经过冷却凝固而获得铸件的铸造方法，适合生产轴对称零件，??如各种管状零件、气缸衬垫等１３１（图１．１）。据２００４年数据统计，我国铸件的年产量在１５００??万吨左右，而其中约有２２０万吨是用离心铸造方法生产的，占１５％。其中球墨铸铁管丨２５??万吨，内燃机缸套３５万吨，各种轧辊５万吨Ｗ。??猶零??（ａ）筒类零件?（ｂ）管状零件??图１．１离心铸件??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｐａｒｔｓ??离心铸造作为一种特种铸造方法，与传统的砂型铸造相比，具有以下优点｜５＇６｜：??（１）?＋用砂芯即可铸出中空筒形和环形铸件及不Ｎ直径和长度的铸管，生产效率高、??生产成本低。??（２）

第３页??我国习惯上常用的分类方法是按旋转轴位置分类，因为这与离心铸造机的分类原则??相同，即分为水平（或卧式）离心铸造（图１．２）和立式离心铸造（图１．３），其对应的离??心铸造机称为水平离心铸造机（或卧式离心铸造机）和立式离心铸造机。立式离心铸造??主要用于制造有致密性要求的环形铸件和小型非圆形铸件以及由于种种原因难以用静??态铸造生产的零件，如齿轮、活塞环、叶轮、螺旋桨、轴套和火车轮等；卧式离心铸造??则主要用于制造长度较大的中空铸件，如各种管道、套筒、连杆等，用卧式离心铸造浇??铸的管状零件管径最小４０?ｍｍ，最大可达８０００?ｍｍＫ?１??＼?＼?＼??６Ｑ）??Ｉ－浇包；２－烧道；３－铸：型：４－金属液：５－端盖；６－铸件??（ａ）卧式离心铸造示意图??作）卧式离心铸造现场照片??图１．２卧式离心铸造??

为适应不同铸件的生产，人们设计并制造出了各种形式的离心铸造机。离心铸造机??按旋转轴的方向可分为立式离心铸造机和卧式离心铸造机［９１，其中卧式离心铸造机又可??分为悬臂式和滚轮支承式（图１．４）两种。根据管类零件长度较长、对应的铸型质量较大??的特点，炉管离心铸造选用承载能力较大的滚轮支承式卧式离心铸造机。这种形式的离??心铸造机的铸型不直接与驱动主轴相连，而是用两组滚轮来支承，电动机带动滚轮转动??后，滚轮与铸型之间产生摩擦力，由摩擦力带动铸型旋转。??
【参考文献】

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本文编号：2850722