螺旋卸料过滤离心机的理论研究与仿真分析

摘要

离心机广泛用于化工、食品、制药及采矿等工业部门，它是各个领域广泛应用的、理想的固液分离设备之一。离心机的结构、品种及其应用等方面发展迅速，但理论研究落后于实践却是个长期存在的问题。近年来虽然螺旋卸料过滤离心机开始得到应用，但该机在国内使用尚不广泛，对物料的适应性经验不足，可借鉴的工业实例较少。而且目前人们对这种离心机的理论研究还很不够，不能为工业实践提供具体的理论指导。 本文对现有的离心分离理论进行了分析研究，推算出了符合螺旋卸料过滤离心机固液分离理论的相关公式，这些公式是后续设计与分析的理论基础。对离心机中产生差速运动功能的差速器进行了系统的理论分析与设计，利用三维设计分析软件Pro/E对差速器的重要工作部件——齿轮进行了参数化设计，并用Pro/EMECHANISM模块对此差速器进行运动仿真分析，从而检验差速器设计的合理性与正确性，为差速器提供了一个参数化设计与仿真分析方法。 用有限元分析软件ANSYS对离心机中的重要工作部件——转鼓与螺旋输送器进行了仿真分析，分析其在不同的工作情况下的应力强度与刚度情况，检验其是否满足工作要求。对螺旋输送器进行了模态分析，计算其固有频率与振型，校核输送器的临界转速。经过仿真计算，螺旋输送器的工作频率远小于谐振频率，是安全的。 本文还通过调整转鼓、螺旋输送器的重要工作参数和几何结构参数(如工作转速、转鼓壁厚、螺旋叶片厚度)，研究了各个参数的变化对转鼓、螺旋输送器的强度和变形的影响，为结构优化设计奠定了基础，并制定了相关设计准则。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题来源

1.2课题研究的目的、意义

1.3离心机的应用及发展

1.4螺旋卸料过滤离心机的工作原理

1.5论文研究的方法

1.6研究的主要内容

第2章离心机固液分离的理论计算

2.1滤渣在脱水区的滑动动力学研究

2.1.1力平衡方程

2.1.2工业生产用螺旋卸料过滤离心机的P1、P2、δ1

2.1.3具有加速度的滤渣的滑动动力学

2.2滤渣在脱水区的停留时间

2.3螺旋的输渣效率

2.4螺旋转矩及其输渣功率

2.4.1螺旋转矩

2.4.2螺旋的输渣功率

2.5螺旋所受的轴向力

2.6按螺旋输渣能力计算的生产能力

2.7案例计算

2.7.1离心机设计参数

2.7.2实际工作参数的计算

2.8小结

第3章离心机传动部件的参数化设计与运动仿真

3.1概述

3.2行星齿轮传动的运动学

3.3行星齿轮的传递效率计算

3.4行星齿轮差速器的设计、计算与运动仿真

3.4.1螺旋卸料过滤离心机的差速器工作原理简图

3.4.2行星差速器齿轮参数的选择

3.4.3运用Pro/E建立简化的二级2K-H型行星差速器

3.4.4二级行星齿轮差速器的运动仿真分析

3.5本章小结

第4章离心机转鼓的设计与分析

4.1转鼓计算数据及有限元分析模型

4.1.1转鼓的计算数据

4.1.2有限元模型

4.2载荷

4.2.1离心力场的基本特性

4.2.2载荷的种类、大小和施加方式

4.3静力分析

4.3.1分析设计法

4.3.2应力强度的限制条件

4.4锥形转鼓的有限元分析

4.4.1边界条件及载荷

4.4.2静力分析

4.5本章小结

第5章离心机锥形螺旋输送器的设计与分析计算

5.1螺旋输送器的主要结构

5.2建立参数化有限元分析模型

5.2.1分析所用的单元

5.2.2螺旋输送器的三维有限元几何模型

5.3载荷的种类、大小和施加方式

5.4螺旋输送器的有限元分析

5.4.1边界条件与载荷

5.4.2螺旋输送器的静力分析

5.5螺旋输送器的模态分析

5.5.1模态分析概述

5.5.2模态分析

5.6本章小结

第6章离心机结构的参数分析与优化设计

6.1转鼓的参数分析与优化设计

6.1.1转鼓壁厚的影响

6.1.2转鼓转速的影响

6.1.3物料在转鼓内的深度的影响

6.2螺旋输送器结构参数的分析及优化设计

6.2.1螺旋输送器转速的影响

6.2.2螺旋叶片厚度的影响

6.3本章小结

第7章总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

附录