立式螺旋卸料沉降离心机的研制

摘要

离心机是分离行业不可缺少的重要设备之一，本课题针对进口立式离心机中的转子受轴力和扭矩较大等常见问题，结合金刚砂固相颗粒的提取之需要，展开了对立式螺旋卸料沉降离心机的设计研究工作，具有重要的工程应用实际意义。 首先，在充分了解离心机基本工作原理及其动力学理论的基础上，以卧式螺旋离心机中的经验和试验数据为参考依据，初步选择了设计样机的技术参数值；同时，通过对比分析确定了密封件，减震器等外购件；对转鼓，推料器等零部件进行了Pro/E建模；并制定了整体结构方案，完成了离心机的虚拟装配工作。 其次，找出了离心机中影响转子轴向力和力矩的因素，以轴向力最小，推料力矩最小，效率最大为目标函数，建立了多目标优化数学模型，在编程环境下完成了离心机技术参数的优化求解工作，并对优化结果与参数取特定值的计算结果做了比较分析，理论上验证了优化后的离心机轴向力和力矩有显著降低。 然后，对离心机中的关键零部件做了有限元分析，针对推料器的偏心距较大引起的畸变现象，采取调整螺旋叶片位置的方式加以改进；转鼓壁厚采用试算法加以确定；对应力分布不合理的零件做进一步的结构修改。三维模型设计完成后，对样机的生产能力进行了计算和校核；完成了离心机启动和运转功率的计算，并在此基础上选择了驱动电机。 最后，针对实验室环境下的转速差可调要求，采取了上位机(PC机)和下位机(PLC)共同调速方案，上位机提供人机界面，完成速度的设定及显示等工作，下位机负责具体的控制和调节工作，上下位机采用RS-232串行通讯方式，并对每帧数据进行校核，以确保数据的正确性。另外，在上位机通讯协议栈的编写中，引入了状态机技术，通过将通讯协议栈抽象为有序的不同状态和行为，可模拟状态机实现通讯处理功能，测试表明，状态机在PC机软件中运行可靠，稳定性好，并且其状态行为具有可继承性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1课题的研究背景

1.1.2课题的研究目的和意义

1.2螺旋卸料沉降离心机的研究现状

1.2.1国内研究现状

1.2.2国外研究现状

1.3本文的主要工作

2立螺离心机的基本理论及结构设计

2.1立螺离心机的基本工作原理

2.2沉降离心机中流体动力学基本理论

2.3离心机基本设计要求

2.4离心机主要参数的初步选择

2.4.1转鼓主要参数的选择

2.4.2推料器主要参数的选择

2.5离心机整体结构设计

2.6本章小结

3离心机技术参数的多目标优化

3.1优化设计思想的引入

3.2多目标规划基本概念及求解方法

3.2.1多目标规划解的概念

3.2.2多目标规划求解方法

3.3离心机数学优化模型的建立

3.3.1设计变量的选择

3.3.2目标函数及约束条件的确定

3.3.3优化模型的建立

3.4优化方法的选择及目标函数求解

3.4.1线性加权和法

3.4.2平方和加权法

3.4.3乘除法

3.5优化结果分析比较

3.6本章小结

4离心机关键零部件的有限元分析

4.1有限元法及ANSYS简介

4.1.1有限元法简介

4.1.2ANSYS简介

4.2强度校核准则

4.3下轴承座的受力分析

4.4推料器的受力变形分析

4.5转鼓有限元分析

4.6本章小结

5离心机生产能力及功率计算

5.1按悬浮液流量计算生产能力

5.2按输渣能力计算生产能力

5.3功率计算

5.4本章小结

6离心机控制系统设计

6.1调速方案设计

6.1.1总体控制方案

6.1.2PLC与变频器通讯

6.1.3PLC与上位机通讯

6.2下位机软件设计

6.2.1基本控制要求

6.2.2PLC程序流程图

6.2.3速度反馈信号输入

6.3上位机软件设计

6.3.1多线程编程技术应用

6.3.2上位机程序结构

6.3.3操作界面编程

6.3.4软件的实时性和可靠性测试

6.4上位机通讯协议栈设计

6.4.1状态机技术的引入

6.4.2状态机技术简介

6.4.3状态机技术在协议栈中的编程实现

6.5本章小结

结论

参考文献

附录A离心机参数求解软件界面图

附录B离心机参数校验软件界面图

附录C PLC高速计数器参数设置界面图

附录D立式螺旋卸料沉降离心机装配图

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢