M16铜阳极板圆盘浇铸机动力学仿真与传动机构参数优化

发布时间：2020-07-17 18:06

【摘要】：铜阳极板是电解精炼阴极铜的主要原料,铜阳极板圆盘浇铸机是生产铜阳极板的关键工艺设备之一。合格的铜阳极板不仅要求化学成份达标,而且还要求物理规格达标,即表面光滑、平整,无鼓泡、飞边、毛刺、粘渣等不良外观。而影响铜阳极板物理规格好坏的主要因素就是圆盘浇铸机运行的平稳性,以某冶炼厂设计研究制造的M16铜阳极板圆盘浇铸机为研究对象,主要做了以下工作:(1)对M16铜阳极板圆盘浇铸机的工艺过程、工艺系统作深入而细致的研究。按照浇铸机工艺流程,系统的研究了圆盘浇铸机系统的工作原理、工作机构。(2)利用Solid Works软件,建立圆盘浇铸机的盘面装置、驱动传动装置、提取机装置、阳极板锁模装置、顶起装置及其他工作装置的虚拟样机。然后完成圆盘浇铸机总装虚拟样机的建模、装配,并对浇铸机整机进行干涉检查分析,验证了浇铸机的虚拟样机正确与否。(3)根据冶炼厂铜阳极板的物理规格要求,结合铜阳极板浇铸过程,利用流体平衡理论,计算满足阳极板物理规格要求下浇铸机运行的最大线加速度,最大角加速度。然后根据冶炼厂实际生产需求,计算M16铜圆盘浇铸机运行的理论最佳速度模型。为冶炼厂浇铸作业提供了生产效率的最佳数学模型,减少了生产时间的浪费,提高了生产效率。(4)利用Adams软件对圆盘浇铸机进行动力学建模仿真,得到了浇铸机工作时的动力学数据。结合圆盘浇铸机运行过程,分析了外槽轮传动机构的啮合过程。通过分析圆盘浇铸机的工作角位移、角速度、角加速度,找出了圆盘浇铸机运行规律,继而分析圆盘浇铸机运行状态对铜阳极板飞边,毛刺的影响。结合实际生产质量,对比仿真数据,说明现有浇铸机运行过程中存在一定的晃动,影响铜阳极板生产质量。(5)对浇铸机的外槽轮传动机构进行参数分析,以驱动轮半径r和槽轮传动机构安装中心距a为设计变量,以浇铸机角加速度最大值的最小化为目标函数,对原浇铸机进行参数优化设计。求得设计变量r和a的最优值分别为283mm和5132mm。然后对优化后的浇铸机模型进行动力学仿真,对比优化前后的仿真结果。优化后的圆盘浇铸机工作角位移为22.57°更加接近理论位移22.50°。优化后的角速度最大值为3.78°/s,比优化前降低了11.7%,角加速度方面,优化后的浇铸机在最大值和平均值上分别降低了86.8%和94.3%。优化后的圆盘浇铸机不仅更加满足工作位移要求,而且运行的过程更加平稳,很大程度的改善了浇铸机工作时的动力学特性,使得浇铸出的铜阳极板板面更加平整,无明显飞边,毛刺,降低了不合格率。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF351
【图文】：

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图 1.1 某冶炼厂 M16 铜阳极板圆盘浇铸机浇铸机国内外研究现状及发展趋势浇铸机国内外研究现状板圆盘浇铸机在刚出现的时候浇铸方式为手动浇铸，从粗铜的冶炼到是由工人手动操作。铜阳极板生产效率很低，而且对工人的人数，操要求较高，浇铸出的铜阳极板板的质量也参差不齐[8]。到了 20 世纪术的进步，德国、苏联、意大利等国对圆盘浇铸机的设计研究开始取也开始了自动化的进程[9]。1974 年，苏联研究制造的 MHD-6 自动化用了自动化技术，生产效率得到了质的飞跃。与此同时，做为机械强哈兹列特连续浇铸机，由于哈兹列特在效率、质量方面的巨大优势，大型冶炼厂的市场，而且昂贵的造价只能让小企业望而却步[10,11]。代苏联，日本、芬兰等国都曾使用过中心齿轮传动[12]，但这种传动方性力大、制动时易晃动等缺陷，后来就很少采用，且将旧的也进行了

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第二章 M16 铜阳极板圆盘浇铸工艺过程及系统组成第二章 M16 铜阳极板圆盘浇铸工艺过程及系统组成盘浇铸系统工艺及系统组成阳极板圆盘浇铸系统工艺过程火法冶炼[33]为间歇性周期作业，根据冶炼中所进行的物理、化学反应的法冶炼的工艺过程分为四个阶段：第一阶段为加料、熔化期；第二阶段第三阶段为还原期；第四阶段为浇铸期。本文主要研究的为第四阶段，，其主要工艺流程见图 2.1:

圆盘浇铸机

图 2.2 M16 圆盘浇铸机系统极板的浇铸过程：粗铜的熔炼完成后，阳极炉中的高温铜液经过安装在然后通过固定流槽流入中间包。当中间包内铜液重量达到设定值时，中包中倾倒铜液，浇铸包的定量浇铸系统对浇铸包内铜液实时计量称重，到阀值时，中间包会停止倾倒铜液，同时浇铸包向圆盘的铸模内浇铸铜后，浇铸包返回，此时浇铸圆盘开始启动，然后转动一个模位，然后浇来的铸模中浇铸铜液。包的铜液浇铸完成后，圆盘启动，铸模中的铜液经过初凝后，将会随着极板喷淋冷却区，还未彻底冷却成型的铜阳极板在喷淋冷却区将会被均冷却。经过喷淋冷却后的阳极板已经冷凝成型，然后将会在锁模装置与被顶起一次，用以检查有无较大缺陷。存在较大缺陷的废品阳极板将会阳极料斗，无明显缺陷的合格阳极板则继续随着圆盘的转动进入阳极板在自动提取机位置，阳极板将再次被圆盘的顶起装置顶起，然后自动提放入冷却水槽内冷却至室温。当铜阳极板在冷却水槽中堆积达到设定值被水槽中的输送链输送到水槽尾部的阳极板提升装置，提升装置将铜阳

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