基于DEM-FEM耦合的双齿辊破碎机及其传动系统的数字化平台研究

发布时间：2020-07-02 14:00

【摘要】：本文针对移动式破碎站中双齿辊破碎机设计流程繁杂、设计周期长、设计成本高等问题,结合山西省煤基重点科研项目“大型移动式破碎站关键技术研究(MJ2014-02)”和国家自然基金“多履带行走装置机电耦合动力学及自适应控制(51775225)”对移动式破碎站中的双齿辊破碎机及其传动系统进行数字化平台研究分析。首先在查阅国内外相关文献的基础上,综述了破碎理论、破碎技术以及齿轮传动系统可靠性优化设计的研究现状。根据双齿辊破碎机的工作原理和结构特点,利用Visual Basic 6.0作为SolidWoks二次开发工具搭建了双齿辊破碎机参数化建模平台,并根据生成的几何模型尺寸参数对生产能力进行初步计算,结果表明满足设计要求。然后利用生成的几何模型作为研究对象,建立了适用于双齿辊破碎机的物料破碎的数学模型。最后将满足设计要求的入料粒度分布带入到模型中进行计算得到物料破碎后的产品粒度分布,结果显示与设计要求非常符合。运用单轴压缩试验和巴西圆盘试验对物料模型的凝结参数进行了标定,并用标定的参数在EDEM中建立了双齿辊破碎机的DEM模型。提取了仿真模型的生产率,结果表明满足设计要求。提取并分析了齿辊受力情况,并通过转换公式计算出来破碎功率,和理论计算结果非常吻合。提取并分析了同一齿环不同辊齿的受力情况,分析发现每个辊齿的峰值载荷非常接近,峰值载荷时的辊齿位置几乎完全相同(齿辊位置角度差别在-1°~1°之间),基本全部在两齿辊中轴线所在平面的中间位置。建立了齿环的EDEM-ANSYS Workbench的耦合仿真模型,提取并分析了同一齿环不同辊齿的变形云图、应力云图、应变云图以及载荷云图,结果表明辊齿满足强度刚度的设计要求。编写了一套针对不同齿线形状的锥齿轮都通用的齿面接触强度和齿根弯曲强度的可靠性计算程序,采用遗传算法对锥齿轮传动系统进行可靠性优化设计并利用MATLAB软件将整个可靠性优化计算过程编写成程序代码,并最终包装生成程序文件。然后以第2章设计的双齿辊破碎机的锥齿轮为几何模型,以第3章DEM仿真结果作为载荷条件进行了锥齿轮可靠性优化设计。最后介绍了蒙塔卡罗求解齿轮可靠度的方法,并对上述优化结果得到的可靠度进行了验证分析。本文开发了双齿辊破碎机参数化建模的设计平台,建立了双齿辊破碎机的破碎物料的数学模型,基于DEM建立了双齿辊破碎机的离散元仿真模型,利用EDEM-Workbench耦合仿真对辊齿的强度和刚度进行校核分析,为提高双齿辊破碎机的设计工作提供了参考。本文采用MATLAB的GUIDE模块搭建了锥齿轮可靠性优化设计的分析平台,为双齿辊破碎机齿轮传动系统的设计和可靠性优化分析提供新的设计思路。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD451
【图文】：

第 1 章 绪论第 1 章 绪论1.1 选题的背景及意义随着我国经济的快速发展，我国在各个领域都取得了巨大的发展，而这些行业的发展都离不开能源开采行业的支撑，尤其是煤矿开采行业，它已成为社会生产及人们日常生活所依赖的重要能源之一。两千多年前我国劳动人民就已经知道如何利用煤炭，现代煤炭的开采也有百年的历史，在国际竞争激烈的当今，能够合理有效的对煤炭等能源进行开采，对国家的发展起着至关重要的作用。我国的煤炭资源比较丰富，在科学技术高速发展的当下，为了提高开采工作的效率，就必须使用更加先进的技术，利用更为现代化、自动化的机械设备，这对我国经济的长期发展建设有着重要的意义。

图 1.4 物料破碎过程在外力的作用下将大块的物料加工成小块物料的破碎，或者以压力和冲击力的方式使矿石破碎，个过程中使用的设备称为破碎机。两个工作面施加压力使矿物破碎，如图 1.5（a）尖齿楔入矿石的劈开力使矿物破碎，如图 1.5（工作面相对运动产生的剪切力将矿物破碎，如图冲击能量使矿物破碎，如图 1.5（d）所示。

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本文编号：2738276