铜阳极板浇铸圆盘结构特性及其伺服驱动控制系统研究
发布时间：2021-04-07 20:56
在铜阳极板生产过程中,铜阳极板圆盘浇铸机在运行过程中对铜液造成的晃动影响铜阳极板的质量。因此,研究铜阳极板圆盘结构特性和伺服驱动控制系统对铜阳极板质量的提升具有现实意义。对铜阳极板圆盘的结构进行研究,将圆盘外驱方式改为内驱,增强圆盘运行的稳定性,并对圆盘径向梁进行设计、仿真和优化,加厚了固定支撑板的厚度,同时设计板筋使应力集中偏离危险区域,增强圆盘整体结构的强度和刚度。通过熔融铜液液面的晃动分析对圆盘的运动特性进行研究,使用ICEM CFD软件建立铜阳极板模具内铜液的二维模型,对模型进行网格划分。采用VOF（流体体积函数）方法结合UDF（用户自定义函数）对铜液在不同运动模型下的晃动进行研究。铜液温度在1200℃时,要求液面晃动的最大幅度为4mm,求得铜液的最大加速度a为0.056m/2。根据求得的铜液最大加速度,建立铜阳极板模具的运动模型:S型运动模型。圆盘驱动方式改为内驱后,采用双伺服电机进行驱动,对双伺服消隙系统进行研究。基于西门子CPU 1515T-2PN建立双伺服主从同步消隙控制策略,设计力矩补偿控制器,并对圆盘在运行过程中的力矩变化进行分析。在Adams...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铜阳在生产铜阳极板时，通过铜浇铸设备将荡边毛
济南大学硕士学位论文1第一章绪论1.1课题研究的背景和意义铜作为一种不可再生，但是可以重复利用的资源，在我们的日常生活中起着非常重要的作用[1]。而目前，完全取代铜资源是不可能实现的[2,3]。铜的产量主要是指精铜的产量，在火法冶炼[4]中，精铜是由铜阳极板通过电解产生的，将粗铜熔炼成铜阳极板作为阳极，纯铜制成薄片（在工业生产中称之为始极片）作为阴极，以硫酸和硫酸铜的混合液作为电解液，通电后，铜从阳极（铜阳极板）中溶解成铜离子(Cu2+)向阴极（始极片）移动，到达始极片后获得电子从而在始极片表面析出纯铜[5]，这里的纯铜就是我们所介绍的精铜，也称之为电解铜，这便是火法冶炼中精铜的生产过程[6]。如果想要提高精铜的产量，对铜阳极板的质量必须提出要求。当铜阳极板出现荡边、毛刺和飞边等缺陷时，如图1.1所示，在电解过程中，残极率会增加，电解效率降低，影响企业的效益[7]。图1.1铜阳极板的缺陷在生产铜阳极板时，通过铜浇铸设备将熔融铜液浇铸到模具内（模具位于铜阳极板浇铸圆盘上，简称圆盘，图1.2是工厂制造圆盘的现场图片，图1.3是冶炼企业将圆盘应用到生产中），而圆盘运行的不稳定，会造成模具内的熔融铜液产生晃动，使得铜阳极板出现荡边、毛刺和飞边等缺陷[8]，因此圆盘结构特性和伺服驱动控制系统的研究在铜冶炼行业中显得极其重要。当铜阳极板荡边厚度过大或者毛刺飞边过多时，精炼部门会将该铜阳极板认定为废板，对其返炉重铸，浪费了很多的时间和资源。圆盘结构特性荡边毛刺飞边
铜阳极板浇铸圆盘结构特性及其伺服驱动控制系统研究2和伺服驱动控制系统的研究可以提高铜阳极板的质量，降低荡边的厚度，减少生产工序和人工成本。当前，在铜浇铸行业中，圆盘浇铸机结构简单，事故率低，维修方便，占地面积小，因此应用范围很广，而哈兹列特连续浇铸机由于其结构复杂，维护量大，仅在国外的一些大型冶炼厂占有一定份额，国内的铜冶炼企业基本采用的都是圆盘浇铸机[9]。本研究通过与烟台同泰冶金设备制造有限公司合作，共同研发与改进铜阳极板圆盘浇铸机。在目前自动定量浇铸机的基础上，研究并设计适合该厂的铜阳极板圆盘结构及其伺服驱动控制系统。研制出稳定可靠，操作简单，铜阳极板荡边少，残次率低的生产设备，对有色金属冶炼业有着十分重要的意义。1.2铜阳极板浇铸圆盘技术研究现状随着近些年来冶炼浇铸行业自动化进程的加深，浇铸设备浇铸的时间得到一定程度地缩减，冶炼浇铸行业对圆盘的运行速度和平稳性提出了新的要求。传统的控制方式和圆盘结构制约了铜阳极板生产的时间，影响了生产效率，对铜阳极板的质量提高造成了阻碍。因此，铜阳极板浇铸圆盘结构特性及其伺服驱动控制系统的研究是铜浇铸行业自动化发展过程中必不可少的一步。1.2.1国外铜阳极板浇铸圆盘研究现状从圆盘的驱动方式上，国外圆盘技术的发展主要包含以下几个方面。（1）中心齿轮驱动20世纪50年代，包括日本、芬兰等很多国家都曾使用过圆盘中心齿轮驱动，局限于当时电机及其控制技术，采用中心齿轮驱动时，电机启停冲击大，制动时圆盘稳定性图1.2圆盘制造现场图1.3圆盘在冶炼工厂中的应用
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation of the Effects of Baffles on the Shallow Water Sloshing in A Rectangular Tank Using A 2D Turbulent ISPH Method[J]. Rahim SHAMSODDINI,Bahador ABOLPUR. China Ocean Engineering. 2019(01)
[2]基于双电机驱动的数控车床伺服系统电气消隙原理分析[J]. 韩东义,陈再良. 轻工科技. 2019(01)
[3]双电机消隙系统在铜阳极板浇铸圆盘上的应用分析[J]. 朱鹏达. 制造业自动化. 2018(10)
[4]基于物质流分析的中国金属铜资源生态效率研究[J]. 贾冯睿,郎晨,刘广鑫,孙琪,马丹竹,岳强. 资源科学. 2018(09)
[5]圆盘浇铸机液压系统常见故障诊断及维修技术研究[J]. 张伟旗,童想胜. 有色设备. 2018(04)
[6]基于VOF方法的砂土液化后流动变形分析[J]. 周恩全,朱晓冬,陆建飞,左熹,王炳辉. 江苏大学学报(自然科学版). 2018(04)
[7]基于Fluent的海洋工况下核电稳压器内液体晃动数值模拟[J]. 曹知,陈平. 广东化工. 2018(12)
[8]基于UDF的水平轴潮流能水轮机被动旋转水动力性能研究[J]. 陈文鹏,刘胤超,陈立卫. 海洋工程. 2018(02)
[9]空间二维转台照准架的结构优化设计[J]. 张永强,刘朝晖,李治国,谢友金. 红外与激光工程. 2017(S1)
[10]基于变偏置力矩的双电机系统消隙控制方法研究[J]. 孙龙飞,房立金. 电机与控制学报. 2017(03)
硕士论文
[1]铜阳极板自动定量浇铸控制系统研制[D]. 申言栋.济南大学 2016
[2]M16铜阳极板圆盘浇铸机动力学仿真与传动机构参数优化[D]. 戚振昆.江西理工大学 2016
[3]Fluent UDF方法在数值波浪水槽中的应用研究[D]. 辛颖.大连理工大学 2013
[4]飞机机身油箱燃油晃动分析[D]. 邹喜聪.哈尔滨工业大学 2012
[5]双电机驱动系统消隙技术研究与实现[D]. 胡晓璐.西安电子科技大学 2012
[6]电解铜箔添加剂及电解工艺研究[D]. 李俊.华南理工大学 2011
本文编号：3124182
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铜阳在生产铜阳极板时，通过铜浇铸设备将荡边毛
济南大学硕士学位论文1第一章绪论1.1课题研究的背景和意义铜作为一种不可再生，但是可以重复利用的资源，在我们的日常生活中起着非常重要的作用[1]。而目前，完全取代铜资源是不可能实现的[2,3]。铜的产量主要是指精铜的产量，在火法冶炼[4]中，精铜是由铜阳极板通过电解产生的，将粗铜熔炼成铜阳极板作为阳极，纯铜制成薄片（在工业生产中称之为始极片）作为阴极，以硫酸和硫酸铜的混合液作为电解液，通电后，铜从阳极（铜阳极板）中溶解成铜离子(Cu2+)向阴极（始极片）移动，到达始极片后获得电子从而在始极片表面析出纯铜[5]，这里的纯铜就是我们所介绍的精铜，也称之为电解铜，这便是火法冶炼中精铜的生产过程[6]。如果想要提高精铜的产量，对铜阳极板的质量必须提出要求。当铜阳极板出现荡边、毛刺和飞边等缺陷时，如图1.1所示，在电解过程中，残极率会增加，电解效率降低，影响企业的效益[7]。图1.1铜阳极板的缺陷在生产铜阳极板时，通过铜浇铸设备将熔融铜液浇铸到模具内（模具位于铜阳极板浇铸圆盘上，简称圆盘，图1.2是工厂制造圆盘的现场图片，图1.3是冶炼企业将圆盘应用到生产中），而圆盘运行的不稳定，会造成模具内的熔融铜液产生晃动，使得铜阳极板出现荡边、毛刺和飞边等缺陷[8]，因此圆盘结构特性和伺服驱动控制系统的研究在铜冶炼行业中显得极其重要。当铜阳极板荡边厚度过大或者毛刺飞边过多时，精炼部门会将该铜阳极板认定为废板，对其返炉重铸，浪费了很多的时间和资源。圆盘结构特性荡边毛刺飞边
铜阳极板浇铸圆盘结构特性及其伺服驱动控制系统研究2和伺服驱动控制系统的研究可以提高铜阳极板的质量，降低荡边的厚度，减少生产工序和人工成本。当前，在铜浇铸行业中，圆盘浇铸机结构简单，事故率低，维修方便，占地面积小，因此应用范围很广，而哈兹列特连续浇铸机由于其结构复杂，维护量大，仅在国外的一些大型冶炼厂占有一定份额，国内的铜冶炼企业基本采用的都是圆盘浇铸机[9]。本研究通过与烟台同泰冶金设备制造有限公司合作，共同研发与改进铜阳极板圆盘浇铸机。在目前自动定量浇铸机的基础上，研究并设计适合该厂的铜阳极板圆盘结构及其伺服驱动控制系统。研制出稳定可靠，操作简单，铜阳极板荡边少，残次率低的生产设备，对有色金属冶炼业有着十分重要的意义。1.2铜阳极板浇铸圆盘技术研究现状随着近些年来冶炼浇铸行业自动化进程的加深，浇铸设备浇铸的时间得到一定程度地缩减，冶炼浇铸行业对圆盘的运行速度和平稳性提出了新的要求。传统的控制方式和圆盘结构制约了铜阳极板生产的时间，影响了生产效率，对铜阳极板的质量提高造成了阻碍。因此，铜阳极板浇铸圆盘结构特性及其伺服驱动控制系统的研究是铜浇铸行业自动化发展过程中必不可少的一步。1.2.1国外铜阳极板浇铸圆盘研究现状从圆盘的驱动方式上，国外圆盘技术的发展主要包含以下几个方面。（1）中心齿轮驱动20世纪50年代，包括日本、芬兰等很多国家都曾使用过圆盘中心齿轮驱动，局限于当时电机及其控制技术，采用中心齿轮驱动时，电机启停冲击大，制动时圆盘稳定性图1.2圆盘制造现场图1.3圆盘在冶炼工厂中的应用
【参考文献】：
期刊论文
[1]Investigation of the Effects of Baffles on the Shallow Water Sloshing in A Rectangular Tank Using A 2D Turbulent ISPH Method[J]. Rahim SHAMSODDINI,Bahador ABOLPUR. China Ocean Engineering. 2019(01)
[2]基于双电机驱动的数控车床伺服系统电气消隙原理分析[J]. 韩东义,陈再良. 轻工科技. 2019(01)
[3]双电机消隙系统在铜阳极板浇铸圆盘上的应用分析[J]. 朱鹏达. 制造业自动化. 2018(10)
[4]基于物质流分析的中国金属铜资源生态效率研究[J]. 贾冯睿,郎晨,刘广鑫,孙琪,马丹竹,岳强. 资源科学. 2018(09)
[5]圆盘浇铸机液压系统常见故障诊断及维修技术研究[J]. 张伟旗,童想胜. 有色设备. 2018(04)
[6]基于VOF方法的砂土液化后流动变形分析[J]. 周恩全,朱晓冬,陆建飞,左熹,王炳辉. 江苏大学学报(自然科学版). 2018(04)
[7]基于Fluent的海洋工况下核电稳压器内液体晃动数值模拟[J]. 曹知,陈平. 广东化工. 2018(12)
[8]基于UDF的水平轴潮流能水轮机被动旋转水动力性能研究[J]. 陈文鹏,刘胤超,陈立卫. 海洋工程. 2018(02)
[9]空间二维转台照准架的结构优化设计[J]. 张永强,刘朝晖,李治国,谢友金. 红外与激光工程. 2017(S1)
[10]基于变偏置力矩的双电机系统消隙控制方法研究[J]. 孙龙飞,房立金. 电机与控制学报. 2017(03)
硕士论文
[1]铜阳极板自动定量浇铸控制系统研制[D]. 申言栋.济南大学 2016
[2]M16铜阳极板圆盘浇铸机动力学仿真与传动机构参数优化[D]. 戚振昆.江西理工大学 2016
[3]Fluent UDF方法在数值波浪水槽中的应用研究[D]. 辛颖.大连理工大学 2013
[4]飞机机身油箱燃油晃动分析[D]. 邹喜聪.哈尔滨工业大学 2012
[5]双电机驱动系统消隙技术研究与实现[D]. 胡晓璐.西安电子科技大学 2012
[6]电解铜箔添加剂及电解工艺研究[D]. 李俊.华南理工大学 2011
本文编号：3124182
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