新型立式振动研磨机研究与设计

摘要

我国拥有丰富的矿产资源，随着经济社会的快速发展，对矿产资源的需求量也越来越大，但矿产资源的开采和利用仍存在选矿难或找矿设备落后等问题，因此仍不能满足需要。而选矿的首要工作就是对矿物的粉磨。目前在实验室的矿物分析化验领域中，很多相关设备仍停留在上世纪八九十年代。针对此情况，本文以现有研究为基础，尝试设计一种主要用于5kg及以下实验室矿物试样分析的新型立式振动磨机，从而解决现有问题，满足发展需要。本文主要研究工作如下：
　　（1）对国内外立式振动磨机的研究现状和现阶段的立式振动磨机存在的主要问题做出了相关阐述，并在物料破碎理论及方法的基础上做了新型立式振动磨机方案设计和工作情况分析；
　　（2）对新型立式振动磨机进行了动力学分析计算，主要包括破碎强度的分析、偏心块和偏心甩锤的水平激振力的计算、碰撞力和碰撞力矩的计算、水平面内的振动微分方程的建立与求解、绕x轴和y轴转动微分方程的建立与求解和磨腔振动轨迹的计算；然后对磨机主要零部件进行设计，包括电机选型、偏心甩锤和偏心块的设计、万向联轴器的选型和磨腔的设计等；最后利用SolidWorks三维建模软件完成了新型立式振动磨机零部件的三维设计和整机的装配；
　　（3）利用ADAMS虚拟样机技术，对新型立式振动磨机三维模型进行了简化和合并，建立了新型立式振动磨机的运动模型。在此基础上，对新型立式振动磨机进行了仿真，并利用仿真结果完成了结构优化设计。结果显示：新型立式振动磨机运动情况符合设计，偏心甩锤与磨腔碰撞力较大，偏心甩锤运动轨迹密集，偏心甩锤与磨腔大于5000N的撞击力出现的频率较高，偏心甩锤旋转动能和总动能较高，弹簧受力虽较大但横向振幅较小，因此新型立式振动磨机设计方案符合预期设计；
　　（4）在前文动力学和运动学分析及结构优化的基础上，利用ANSYS Workbench有限元分析软件对新型立式振动磨机的偏心块、偏心甩锤做出了模态分析，结果表明：偏心块和偏心甩锤的共振频率远大于磨机工作频率，偏心块和偏心甩锤可提供足够的激振能量；对十字轴式万向联轴器的十字轴进行了静力学分析、疲劳分析和模态分析，结果表明：十字轴式万向联轴器能满足设计要求，选型合理。
　　（5）在前文设计及分析基础上，对小偏心磨介式和多磨介球式两种传统型的立式振动磨机做出了仿真分析，并选取碰撞力、磨介运动轨迹、磨介旋转动能、弹簧受力与横向振幅、磨介动能等主要参数与新型立式振动磨机做出了对比，结果表明：新型立式振动磨机在研磨效率、磨机节能和弹簧寿命等方面均有了较大的改进。
　　通过对新型立式振动磨机的结构设计及优化、运动学仿真、动力学仿真和磨机主要部件的有限元分析，最终设计出5kg及以下实验室矿物试样分析的新型立式振动磨机。通过与传统型立式振动磨机的对比分析，发现新型立式振动磨机在物料研磨、弹簧受力和整机的节能性等方面都有了一定的改进，对提高立式振动磨机磨粉效果和节能都有积极的促进作用。

目录

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 存在的问题及解决方法

1.4 本文研究内容

2 破碎理论分析及结构设计

2.1 物料破碎理论及方法

2.2 方案的设计

2.3 振动磨机动力学分析

2.4 主要结构设计

2.5 磨机三维模型的建立

2.6 本章小结

3 新型立式振动磨机的动力学仿真分析

3.1 ADAMS虚拟样机技术简介

3.2 新型立式振动磨机的动力学仿真分析

3.3 新型立式振动磨机动力学仿真分析结论

3.4 本章小结

4 新型立式振动磨机的有限元分析

4.1 有限元分析的基本理论

4.2 偏心甩锤和偏心块的模态分析

4.3 万向联轴器的有限元分析

4.4 本章小结

5 立式振动磨机的动力学仿真及对比分析

5.1 某两种传统型立式振动磨机结构分析

5.2 小偏心磨介式立式振动磨机的动力学仿真分析

5.3 多磨介球式立式振动磨机的动力学仿真分析

5.4 三种立式振动磨机仿真结果的对比分析

5.5 仿真对比分析结论

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及专利目录

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