饲草揉碎机转子动态特性研究

发布时间：2020-07-17 16:23

【摘要】：9R-40型饲草揉碎机是一种介于粉碎机与铡草机之间的新型饲草加工设备,工作时其主要工作部件转子在离心力、流场脉动压力以及自身重力等作用下,极易产生振动并使揉碎机产生环境噪声,严重影响机器的使用寿命和操作人员的身心健康。为了确保饲草揉碎机安全、可靠地运行,本文在对揉碎机内流场模拟计算基础上,采用流固耦合方法计算了揉碎机转子的等效应力、应变及总变形,对其静强度进行了分析与优化;采用理论分析、有限元模拟及激光测振等方法对揉碎机转子进行了模态分析与试验,验证了理论分析及有限元模型的可靠性;并对转子进行了动态特性优化。(1)锤架板厚度、锤架板数及转子转速变化对转子所受流场压力的分布规律影响不大;对转子所受压力和揉碎机内气流速度影响较大的是转速,架板数量次之,架板厚度的影响最小。(2)9R-40型饲草揉碎机转子在额定转速工作时,最大等效应力为352.92MPa,出现在主轴与抛送叶轮架板连接处,极易损坏,故需要进行静强度优化。(3)叶轮架板厚度对最大等效应力及最大总变形影响最大,叶轮架板直径以及叶轮架板与主轴过渡圆角半径的影响次之。锤架板厚度及锤架板数的影响最小。优化后转子最大等效应力为176.68MPa,较优化前减小了51.03%,静强度满足使用要求。(4)揉碎机转子计算与试验模态频率的最大相对误差为6.39%,且振型相同,可见所建立有限元模型及数值计算结果是可信的。预应力使转子模态频率有所提高,尤其是第1、2、3和7阶频率提高幅度较大。(5)共振分析表明转子第1阶预应力模态频率147.43Hz与激振基频140Hz较为接近,避开率为5.03%,极易发生共振,故需进行动态特性优化。转子第2和3阶模态频率与激振2和3倍频避开率满足要求。(6)锤架板厚度对转子低阶预应力模态频率影响较大,主轴直径次之,架板直径影响最小。优化后转子第1阶模态频率避开率提高到15.49%,第2、3阶频率避开率满足避开率大于15%的要求,避免了共振的发生;总质量减小了1.06%,且动态特性优化后转子的静强度和刚度均满足使用要求。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S817.1
【图文】：

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7图 2-1 揉碎机内流场数值模拟流程图rt of numerical simulation of flow filed in a forag流道模型的建立及网格划分转子、外壳及机架等组成；转子由主轴个锤片）及抛送叶轮组成。转子外径为m，锤片厚度为 4mm、长为 150mm、宽型锤片；抛送叶轮为三叶片叶轮，架板为 1000mm。外壳外径为 490mm，出料直

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1.进料口 2.主轴 3.机架 4.齿条 5.下机壳 6.锤片 7.抛送叶轮 8.上机壳 9.抛送口 10.导流图2-2 9R-40型饲草揉碎机结构简图Fig.2-2 Diagram of structure of 9R-40 rubbing machine2.1.1 流道模型的建立按照 9R-40 型揉碎机实际尺寸，首先利用三维建模软件 SolidWorks建立 9R型揉碎机整机实体模型。在 Fluent 中对有旋转部分的模型使用滑移网格时，需分旋转区域与非旋转区域交界面（即 interface），故在 SolidWorks 中建立包裹转区域的底面直径Ф420mm、长 578.5mm 以及Ф444mm、长 135mm 的两个圆柱分别包裹锤架板部分和抛送叶轮部分。为了保证划分网格的质量，适当简化机外壳及转子的部分倒角、圆角及结构间隙，忽略螺栓连接；然后利用布尔减运从揉碎机整机实体模型中减去转子实体模型（图 2-3）得到揉碎机内流道模型图 2-4 所示。Solidworks 可将文件直接保存成 ICEM CFD 可识别的.iges 文件格且可以与 ANSYS 建立无缝连接，实现了模型信息的完全读取。

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【参考文献】