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立式螺旋卸料沉降离心机的研制


大连理工大学 硕士学位论文 立式螺旋卸料沉降离心机的研制 姓名:张腊明 申请学位级别:硕士 专业:机械电子工程 指导教师:佟宇 20071201

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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。 关键词:立式螺旋卸料沉降离心机;多目标优化;有限元分析;控制;状态机

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

Research

on

Vertical Settling Centrifuge with Screw Precipitate Discharge

Abstract

Centrifuge is

one

of the essential

equipment in
fzom
the

separation industry.For the requirement

of recovering carborundum

particles

solid-liquid mixlllre,and

solving

the

problems,such
research
on

as

large axial force and force moment existed in vertical centrifuge,some

the vertical settling centrifuge with

scrI渐precipitate discharge

is done in this

paper,which has great significance in engineering application field. Firstly,the basic working principle of the centrifuge is found ouL and the important technical parameters are fixed
screw conveyor
on

primary based

on

ext把rience,and then,the and

rotor bowl,
to integer

and other

parts are

designed

on

Pro/E platform

assembled

according

to

overall

arrangement and scheme.
moment
of the SCreW conveyor,

Secondly,in order to minimize the axial force and force


mathematical

modal for the

multi-objective
on

optimization is
as

establish舐which considers
platform.After that,the
OB

mm‘u‘nm‘m’g the force moment and axial force

well

as

maximizing the efficiency of

precipitate discharge.then it is solved

Mathematiea and MATLAB

work of comparing the results from optimization and other calculations

special points are

finished,the

results show

that the theoretic axial force and force moment are reduced

remarkably.
Thirdly,the stress and displacement ofthe ANSYS in this paper.Because of the aberration appears in its Finite SCrfftV vane
to

important parts are analysised using soitwale eccentricity consisted in SCr倒V conveyor entity,
strategy of resetting the place of the in the paper;,Furthermore,for the sake of

Element(FE)model,a
is

reduce the

imbalance

present

finding the relationship between maximal

stress(S玳T)and

the thickness of rotor bowl,a
up the throughput
ale

series ofbowl FE model is built

and solved;Aitcr FE analyzing,checking

of the sample and calculating the power which provide data for choosing the motor

finished.
Finally,the control system that is
s(茗tion ofthe paper.PC soRware

composed of PC and PLC is described in the last provides man-machine int髓'face,and performs speed setting

and displaying;PLC takes

charge of controlling

and删usting speed.The

communiation
FCS code

between PC and PLC USe RS一232

interface,and

every fi'amc ofdata is

verified with

to lllake sllr@the correctness of the massage;In

addition,finite state machine(FSM)

methodology

is

introduced

in the stack programme.Communication protocol stack is divided

—II

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into



lot of

states and actions,so that,it can

simulate FSM.The test show that FSM makes

the software work reliably and stability.

Key

Words:Vertical

settling centrifuge with screw precipitate discharge;Multi?objective

optimization:Finite Element

analysis:Control;Finite

State

Machine(FSM)

独创性说明

作者郑重声明:本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外, 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

作者签名:缓匀噬丝日期:出堕:!兰

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大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”,同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送
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工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。

作者签名:弛
作者签名:擎缆c61:丝趁
导师签名:

乏壹经

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绪论

1.1研究背景及意义
1.1.1课题的研究背景

实现离心分离操作的机械称为离心机【”,离心分离的机理在于不同物质在离心力作 用下的受力不同。离心机主要用来处理液.固,液.液,液.液.固等两相物或三相物的分 离。离心机与其他分离机械相比,不仅能够得到含湿量较低的固体和较高纯度的液相, 而且能够节省劳动力,降级劳动强度,同时使劳动条件和劳动环境得到很好的改善;离 心机还具有处理量大,可连续运转,操作简单,自动化程度高,占地少等优点。因此, 离心机已广泛用于化工、石油化工、石油炼制、轻工,医药、食品、纺织、冶金、煤炭、 选矿、船舶、军工等各个领域。例如湿法采煤中粉煤的回收,石油钻井泥浆的回收,放 射性元素的浓缩,三废治理中的污泥脱水,各种石油化工产品的制造,各种抗菌素、淀 粉及农药的制造,牛奶、酵母、啤酒、果汁、砂糖、桔油、食用动物油、米糠油等食品 的制造,织品、纤维脱水及合成纤维的制造,各种润滑油、燃料油的提纯等都使用离心 机。目前,离心机的品种繁多,各有特色,并正在向提高技术参数、系列化、自动化方 向发展,专用机种也越来越多。离心机已成为国民经济各个部门广泛应用的一种通用机
械口jJ捌。

我国对螺旋离心机的研究与国外相比,起步比较晚,70年代才开始从国外引进。80 年代,开始重视螺旋卸料沉降式离心机的发展,:些科研工作者开始研究国外卧式螺旋 卸料沉降离心机(以下简称卧螺离心机)的发展动态并进行测绘,测得德国FIOTTWE 公司,美国SHAPLESS公司,法国GUINARD公司,瑞典ALFA公司等国外著名公司 生产的各种规格的卧螺离心机,并进行了仿¥l/t6j。九十年代已能自己研制生产卧螺离心 机,出现了WL200,WLl000,LWB500,LWG500等型号的产品。而在立式螺旋卸料 沉降离心机(以下简称立螺离心机)的研究方面,投入并不多,相关资料也少见,公司 投入使用的立螺离心机基本上都从国外进口,自主研发的很少。究其原因,笔者认为主
要有如下两个:一是工业废水的处理和石油化工行业的迅猛发展,对卧螺离心机的需求

量较大,单位和高校投入的资金和人力也多;二是立螺离心机中现今普遍存在零部件寿 命相对较短,效率不高等问题,国外进121的立螺离心机也经常在运转过程中出现故障[7】。 这些因素使得立螺离心机发展进程缓慢。但在某些场合,如可用地面积小,实验室环境 下难分离物的提取等,立螺离心机显得非常有优势。立螺离心机不仅具备卧螺离心机的

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

特点,而且占用空间小。因此,在现有条件下,针对上述问题,进一步研究新型结构的 立螺离心机迫在眉睫。
1.1.2课题的研究目的和意义

目前,我国投入使用的立螺离心机基本上都是从国外引进,国产立螺离心机尚在工 业性试验阶段。进口设备价格高,而且配件依赖进口的周期长,如果配件准备不充分, 将会影响生产。并且,在进口设备中也经常出现各种故障,造成检修频繁,直接影响生 产的正常运行,据相关参考文献分析,进口立螺离心机中的常见问题有: (1)离心机下部组件磨损厉害:下部组件主要指轴承组件,止推垫等,参考文献[7】 中指出,由日本进口的巴工业株式会社生产的立式离心机,止推垫的使用时间仅为2~3 个月;轴承组件的实际使用寿命最长仅为半年。
?

(2)转子内部受力过大,扭矩杆振动较强烈,甚至出现卡死现象:主要原因在于转 (3)转子底部腐蚀严重,容易出现点蚀现象。 针对上述立螺离心机中存在的实际问题,结合大连理工大学材料学院实验室对金刚

子内物料堆积,造成推力加大,引起扭矩增加,振动增强。

砂固体颗粒提取之需要,本文开展了立螺离心机的设计研究工作,具有工程应用实际意 义。同时,立螺离心机的研究涉及到流体动力学,材料科学,数学优化,有限元分析, 自动化控制等多方面内容,具有广泛的理论和学术意义。 目前,国内在卧螺离心机的设计和研究方面取得了丰富的理论研究成果和良好的实 际应用价值,本文在参考了多种卧式离心机设计思想的基础上,在满足金刚砂特殊材料 的分离要求及实验室环境下转速差可调的前提下,拟在离心机整体结构设计,技术参数 优化,及无级调速方面做尝试,最终目标的是要解决离心机的堵渣问题,尽可能最小化 离心机的内部受力,建立方便的调速系统。本文研制的立螺离心机的技术指标为: (1)最高转速:4500r/mim
(2)转鼓与推料器转速差可调,最小调节范围:5~lOr/mim (3)转鼓内径:0.32m; (4)转鼓长度:0.7m,4).8m:

(5)离心机处理能力:0.5m3/h~3m3/h; 与同类离心机相比,本样机的分离因数高,可分离小尺寸固相物,对较难分离物亦 适应;出渣口径大,直接将沉渣甩出转鼓,一般不会出现堵渣现象;对技术参数进行了 多目标优化,推料力矩和轴力相对较小,出渣效率也有保障;转鼓与推料器转速差可调,
可视化软件编写上位机软件,调速简单,方便。

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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

国内对螺旋卸料离心机的研究起步比较晚,80年代才开始仿制国外技术,90年代 才有了自己的产品。但随着工业和国民经济的发展,近些年来,对卧螺离心机的研究与 日俱增,研究机构和生产单位也层出不穷:重庆江北机械厂引进了法国坚纳公司技术, 取得了不错的成绩;金华铁路机械厂研制了系列离心机产品;上海离心机研究所已经生 产出大长径比的螺旋卸科沉降式离心机系列产品,显著提高了固液分离效果。同时,很 多高校也相继投入到螺旋卸料离心机的研究当中,其中以北京化工大学做的工作最多, 取得了不少的成果。总结前人工作,对螺旋卸料沉降离心机的研究主要在如下几个方面
展开:

(1)离心机结构的有限元分析 浙江大学刘天丰,童水光等对卧螺离心机的转鼓进行参数化建模,以这些参数为设 计变量,以几何、强度和刚度要求为约束条件,以转鼓的转动惯量为耳标函数,基于有 限元分析计算,对转鼓结构的几何尺寸进行优化设计,取得了良好的效果【8】。 长沙理工大学汽车与机械工程学院李白光,毛文贵等人应用V缸lftl Nastran有限元仿 真软件对卧螺离心机转鼓虚拟样机模型在三种工况下进行应力应变仿真分析。得到了转 鼓的最大应力和径向位移的分布情况,并在此基础上优化转鼓壁厚,减轻离心机质量, 对离心机结构优化具有理论的指导意义【9】。 北京化工大学化工过程机械专业的董俊华等研究工作者对卧式螺旋离心机的转鼓
与螺旋输送器做了有限元分析,并转写了相关硕士学位论文。

(2)离心机的振动特性研究 离心机中的振动历来是遏制高速离心机发展的主要因素,不少研究人员也在这方面 做了大量的研究工作: 上海交通大学黄文伟等在充分分析离心机转子.支撑系统振动特性的基础上,研究 有了一种转子系统振动故障诊断的特征分析方法【10】。
浙江大学贺世正在对卧式离心机产生振动的原因进行分析研究的基础上,提出了从

整机平衡,动力减振和隔振三方面着手的减振方法,并介绍了这些方法的基本思路和实际
使用效果¨Ho

(31离心机的强度分析 离心机强度方面所从事的工作主要是转鼓和推料器的强度计算方法的研究,不少研 究人员在这方面也做了大量工作,取得了不少成果。如:北京化工大学黄志新等人采用

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

五因素四水平的正交试验法,找出了影响螺旋推进器强度的主要因素。经多变量拟合,得 到了离心力作用下螺旋推进器的强度计算公式【1”。 (4)动力学理论研究 动力学理论研究主要包括转鼓参数对模态的影响,固相颗粒的动力学特性研究,离 心机参数对分离效果的影响等。 南京绿州机器厂卧螺离心机设计所的颜春敏,黎长山定性地分析了卧螺离心机的沉 渣输送与其转鼓的锥角∥、螺旋推料器叶片的倾角口、叶片的螺距、液池半径r及差转 速A甩之间的关系。阐述了改善卧螺离心机输渣条件的设计思想【13】。 沈阳化工学院汤慧华,杨德武等人根据转鼓形为柱状的卧式螺旋卸料过滤离心机的 结构特点,通过对其滤渣进行动力学分析,从而推导出了按螺旋排渣能力计的生产能力 公式,为设计工业用螺旋卸料过滤离心机提供理论依据【14】。 国内对立螺离心机的研究不多。目前研究较多的立式离心机是立式刮刀卸料离心机 和立式振动离心机,并且大多数是在仿造国外技术。不过在不断消化吸收引进技术的过 程中,我国的立式离心机也在逐渐发展,山东泰安煤矿机械厂和煤炭设计院都取得了不
错的成效。但立螺离心机的国产化,还有待进一步的研究。 1.2.2国外研究现状

国外对离心机的研究起步比较早,研究和生产单位也很多。主要的生产制造厂有法 国,西德,美国和日本的十几家大公司。这些公司都有完整的系列产品,同时又着力发 展专用机型,产品规格系列化,使得这些公司的产品在市场上有很强的竞争力【”】。国外 较著名的离心机生产商有:德国ROTTWE公司,美国SHAPLESS公司,法国GUINARD
公司,瑞典ALFA公司等。

国外对离心机的研究主要体现在自动化,动力学理论研究,离心机的结构优化等方
面:

自动化方面的研究主要有转鼓与推料器的转速差的自动化控制,如Jim Beattey在 传统的双电机驱动离心机的基础上,研究设计出来了单电机驱动,并且可以自动卸料的 螺旋离心机。该离心机利用离合器,通过PLC来控制转鼓和推料器的转速,可以实现 多种分离物的分离【16】。自动化程度高,而且分离效果也比传统离心机显著提高。 离心机中动力学理论方面的研究主要体现在通过实验手段验证生产能力计算方法

的可行性。如N.Comer-Walker等通过实验方法验证了腭论在离心机中运用的可行性。
并且指出了在离心机的设计中如何计算生产能力及步骤【"1。也有对推料器扭力大小的研

一4一

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究,如Wallace W.-F.Leung对推料器所受扭矩进行了深入研究,并且通过实验数据得 出扭矩与摩擦系数,生产能力之间的关系式【18】。 其他方面的研究:当转鼓尺寸较大,工作转速较高时,电动的负载较大。针对这种 情况,国外采用了双重电极驱动。双重电机驱动是由两个电机协同工作,至少是在启动 时由两电机配合,提供启动所需能量。在达到操作转速后,一个电机继续驱动,另一电

机可能闲型191。同时,也有研究人员在离心机性能优化及运行效率方面做了很多工作
120,21021。

另外,有研究者对液压马达进行改进,改进后的装置不但可加速和控制转鼓的转动, 同时还给差速器液压马达提供液压介质,避免了多余的供液装置的使用∞J。除此以外, 国外还研制出了可控制扭矩的感应电磁式差速器【硼。 立式离心机的研究工作与卧式离心机研究工作相比少了很多,技术资料更是少见, 生产立螺离心机的主要有美国,日本等。如日本的P6100,P6000和P4000型等产品。 但实际产品的正常运转周期并不长,参考文献[7]中指出,由日本进口的立螺离心机也
经常在运转过程中出现故障。

1.3本文的主要工作
本课题针对进口立螺离心机中存在的常见问题,着眼于满足金刚砂固相颗粒提取的 实际需要,展开了对立式螺旋卸料沉降离心机的设计研究,具体工作包括如下几个方面: (1)针对螺旋卸料沉降离心机的堵渣等问题,并结合实际的设计要求,完成了离心 机的参数化建模,虚拟装配及运动仿真工作。 (2)分析了立螺离心机中推料力矩和轴向力的影响因素,以轴力最小,力矩最小, 效率最大为目标函数,建立了基于多目标的数学优化模型,并完成优化求解工作。 (3)对离心机中关键零部件进行了有限元分析,并分别探讨了转鼓壁厚和推料器偏 心距与离心机受力变形的关系,从而合理确定鼓壁厚度及螺旋叶片在推料器上的位置。 (4)对设计样机的生产能力进行了计算和校验,确保其满足设计要求;对启动功率 和运转功率进行了计算,并在此基础上选择了驱动电机。 (5)设计了由PC机和PLC共同调速的控制系统,完成了上位机软件和PLC软件设
计工作,并在Visual

c抖6.0平台上编写了基于状态机技术的数据通讯协议栈程序。

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

2立螺离,b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
立式螺旋卸料沉降离心机(下文中,若无特殊说明,离心机均指立式螺旋卸料沉降

离心机)和卧式螺旋卸料沉降离心机的结构和工作原理基本相同。主要由机架,转鼓, 螺旋推料器,差速器,驱动电机,进料组件,控制系统等组成。其工作原理如图2.1所
示。

1:推料嚣.2:溢箍口.3:螺旋叶 片.4:转鼓.5:分离液.6:出盗口 图2.1立式螺旋卸料沉降离心机工作原理图
Fig.2.1

Workingprinciplediagramofvertical settlingcentrifugewith screwprecipitatedischarge

离心机工作时,转鼓和螺旋推料器同向高速旋转,由主,辅电机复合驱动。离心机 转鼓直接由主电机驱动。推料器由辅助电机通过差速器与主电机共同驱动,由于差速器 的作用,使得推料器和转鼓之间形成转速差。待分离物进入转鼓内后,在离心机离心场 的作用下进行沉降分离。由于转鼓与推料器之间存在转速差,推料器便将固体物缓缓推 出,同时在转鼓锥段可进一步干燥脱水,最后从出渣口排出,液体则从离心机另一端的
溢流口排出【251。

2.2沉降离心机中流体动力学基本理论
(1)沉降离心机转鼓内的流体流动状态模型 参考文献[1】中指出,依据“活塞式”理论,认为转鼓内液体象“活塞式”地整体向 前流动,鼓内液体在整个截面上的流速是均匀的,新进入转鼓的液体将原有液体进行置 换。在这种流动状态下,轴向流速按式(2.1)进行计算:

6一

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卜鼎2粕
lko=二L ,2 L

(2.1)

式中,p一离心机的容积生产能力(m3/s); ,2,rl一分别为转鼓内半径和自由液面半径(n1) (2)离心场中固体粒子在液相介质中的自由沉降速度计算 固体粒子在离心力场中所受的作用力为惯性离心力与浮力之差(忽略重力):

C--石--,d3△∥2,
其所受阻力为:

(2.2)

只=e岛V2d2
因此,粒子的沉降运动方程为:

(2.3)

M尘=三d3△肿2r_C,岛v2d2dt





4’1

(2.4)

式中,肘一粒子的质量o(曲; v一粒子的沉降速度(m/s);

d—粒子的直径㈤;
/X

P一固,液密度差(p,p J)(kg/m3);

p,p,—分别为固相和液相的密度(kg,m3);

脚一液相的回转角速度(删s);
,一粒子所在处的回转半径㈤;
臼一阻力系数,是雷诺准数Re的函数
求得层流区的速度为:

v:—d2Ap—r.02r
181J

(2.5)

式中,/z一液相的动力黏度(Pa.s),其他参数定义同上。

2.3离心机基本设计要求
最高转速:4500r/rain; 转鼓与推料器转速差可调,最小调节范围:5~lOr/min; 转鼓内径:0.32m;

转鼓长度:O.7m加.8m;

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

离心机处理能力:0.5m3m∞m3m:

2.4离心机主要参数的初步选择
立螺离心机技术参数包括结构参数和操作参数,其中操作参数指转鼓的转速/'/及转 鼓与推料器的转速差An。在本离心机的设计中,给定了转鼓的最大转速为4500
r/mAn;

转速差可调,因此只需确定其结构参数,主要指:转鼓的最大内直径D,转鼓的总长度 上,转鼓半锥角口,转鼓溢流121处半径r,,转鼓出渣口处的半径rj,以及推料器的相关
参数。
2.4.1

转鼓主要参数的选择

根据设计要求:离心机处理能力为O.5m3/h’3In3/h,最大转速为4500r/min,选择转 鼓内径为320mm,即B=320mm;转鼓长度按£/口值来确定,依参考文献【1】,对于易分 离物,L/D=I~2:对于难分离物料,∥庐30,本文中的金刚砂混合物属于较难分离物, 依设计要求,选择转鼓长度L=750mm。转鼓的其他参数做如下选择: (1)半锥角a:一般情况下,半锥角的增大有利于降低沉渣的含水量,但同时也使
推料器的推料功率增加,通常a=5。~15。,本研制样机初步定a=7。。

(2)液池深度h(溢流CI半径r2):液池越深则越有利于粒子的沉降,从而分离的 固体越多,效率越高,但随着液池深度的增加,沉降区增长,干燥区长度就相应的减小, 沉渣含湿量增加。通常情况下,肛(O.05--0.2)D,通过计算,本离心机中初步定h=32mm。 (3)转鼓出渣口半径n:转鼓出渣口半径与沉渣的停留时间密切相关,在螺旋卸料 沉降离心机中,沉渣的停留时间为5s-8s比较合适,根据这个范围的停留时间,初步估
算出渣口半径r3=125mm。 2.4.2推料器主要参数的选择

(1)螺旋头数竹:通常情况下,螺旋头数的增加能使输渣效率相应的增加,但同时 也会使沉降区内的扰动增大,从而使分离液中的含固量增加,降低沉降效果。本机转速
较高一应尽量限制扰动,因此选择单头螺旋,即n=l。

(2)螺距&依参考文献[1]介绍,螺距S与出渣1:3处转鼓半径勺有经验关系式: S/2rf--O.3加.8,由于ry=125mm,代入计算得:S=75mm-200mm。初步选择螺距为75mm。 在锥段采用变螺距的结构形式,可以增加沉降时间,提高分离效果;同时也可使锥段的 物料受到渐变的挤压作用,从而减小沉渣含水量。

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(3)螺旋叶片的高度胁叶片高度的选择主要考虑两个条件,其一是液面的最大高 度,其二是保证顺利排渣。从液面的最大高度考虑,要求螺旋叶片的高度日大于32ram, 从而使叶片不被完全淹没。从排渣能力考虑,借鉴卧式沉降离心机的相关求解公式,做 如下计算:

G:垒121 11堑6.2( I)
3600。P0。80%


H≥一——二皇——一 石×d×S×An/60
式中:

(2.7)

岔一排渣量,(m3/s): 口—进料量,取口=3m3/h: p—物料密度,取p=1020kg/m3; P口—沉渣密度,取p口=1100kg/ma S一螺距,取S=0.075m; An一转速差,取An;5
r/mira

根据式(2.6)和(2.7)计算得H一>15.37mm,实际中,柱段叶片高度取为60mm。 对离心机技术参数的计算,以及后续章节中的转鼓壁厚,推料力矩等复杂公式的计 算,考虑到计算量大,反复修改参数值的次数较多,本论文中,在Visual c++6.0平台 上编写了相关的计算软件,一方面可以提高工作效率,另一方面也能减少运算错误的出
现。详见附录A。

综上所述,离心机各技术参数初步选择如表2.1所示:
表2.1技术参数初步选择
Tab.2.1 Primal choose ofthe technical parameters

2.5离心机整体结构设计
(1)转鼓形状确定

转鼓的结构通常为柱状,锥状或者柱/锥状,柱状转鼓处理能力强,澄清效果好,但 是排渣非常不方便;锥状转鼓虽然排渣方便,但生产能力较小,因此,本设计中采用柱

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

/锥结构。柱/锥结构的转鼓既能顺利排渣,又能兼顾处理能力要求。其结构示意图如图 2.2所示。转鼓主要由转鼓锥段,转鼓柱段,端盖,上下轴承座等组成。其中转鼓锥段 和柱段是离心机的主要工作区,工作过程中所受离心机较大,其强度应有充分保障。上 端盖上开有溢流孔,分离后的液体由此孔流出;下端采用排渣盘结构,不但排渣量大,
而且不会轻易出现堵渣的问题。



图2.2转鼓结构示意图
Fig.2.2 Schematic diagram for the
snuctIlfe

ofthe bowl

为了保障转鼓强度,合理确定转鼓壁厚是很关键的。转鼓在运行过程中,主要受到

自身重量及转鼓内物料在高速回转时所产生的离心力作用,因此,转鼓壁厚取决于自重 和物料离心力所引起的应力总和。本论文在后续章节中运用ANSYS软件对转鼓做了应 力求解分析,保证了壁厚的强度要求。在ANSYS软件中施加载荷时,转鼓自身质量所 产生的离心力以角速度的形式输入数据,角速度的与转速的转换按式(2.8)进行计算;物 料离心力以离心液压的形式作用于转鼓内壁,其大小按式(2.9)进行计算:

国:婴
60

(2.8)


式中,u一离心机角加速度(tad/s): /7一离心机转速(r/min);

p:当胛:/2-rj2)
式中,p一离心液压(Pa): p—物料密度(1噌『m3); fi)一离心机角加速度(rad/s):

c.9)

n一转鼓内壁半径㈤;

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幻—物料液面半径(m); 转鼓锥段部分筒壁要不断受到沉渣的摩擦作用,磨损比较大。为了减小转鼓的磨损,
在其内表面沿母线方向焊若干筋条,这不仅可以在锥段转鼓内形成一层由沉渣构成的严

实保护层,而且可以防止沉渣在转鼓上打滑,提高螺旋的输渣性能。 转鼓是高速回转件,除了强度有比较高的要求外,在加工组装完毕后,需要进行动 平衡检验和调整,保证其运转的平稳性和受力分布的均匀性。 (2)推料器的确定 推料器的主要作用是将沉渣从转鼓小端出渣口排送出去,它主要由内鼓,螺旋叶片, 排料斗及上下轴颈组成。其结构如图2.3所示。 柱锥段螺旋叶片做成整体,焊接在内鼓上,整体式叶片不但有利顺利出渣,而且可 以减小推料器的偏心量;排料斗采用斗状结构,一方面是为了在物料进入沉降区之前先 进行预加速,当物料进入沉降区以后能较快地进入高速运转状态,从而加快物相的分离, 同时还能减小迸料对已沉降物料搅动带来的负面影响;另一方面斗状结构也有利于物料
排出推料器腔体。

推料器在输渣过程中,要受到较大的轴向力和扭矩(其求解公式及计算结果将在第 四章中有详细的论述)作用,因此,螺旋叶片的厚度应当在尽量小的情况下充分满足强 度条件。本论文中采用试算的方法,借助ANSYS软件求解推料器应力大小和分布结果, 通过与许用应力值的比较分析来调整螺旋叶片的厚度。 内鼓壁厚的确定主要从扭转强度条件和刚度条件两方面来考虑,扭转强度按式 (2.10)和式(2.11)进行计算:

[f】≥等

(2.10)

既:—z(D.矿4-d4)
嘲一材料的许用剪切应力,材料为1Crl8Ni9Til261,取其为45MPa;

胛n

(2.11)

式中,M。一额定最大转矩,本文中取差速装置的额定输出扭矩2600 N?m: D一内鼓最小外径,取D=0.124m。
代入数据计算得:d≤i19m,则壁厚占≥5mm(6=D.d)。 其刚度按式(2.12)和式(2.13)进行计算:

眵】2等争



立式螺旋卸料沉降离心机的研制

lp:掣
式中,%。一额定最大转矩,本文中2600N?m;

(2.13)

【妒】一材料的许用扭转角度,取【妒】=lo/m:
e一材料的剪切弹性模量,材料为1Crl8Ni9Ti,取其为8.1×10mPa:
D一内鼓最小外径,取D--0.124m。

代入数据计算得:内径d一<121mm,则壁厚J≥3mm。 综合考虑强度和刚度要求,推料器内鼓壁厚要求大于5mm,本离心机设计中实际
取值为:lOmm。



图2.3推料器结构示意图
Fig.2.3 Schematic diagram for the
Structttre

ofthe

scrw

conveyor

(3)密封装置的选择 密封可分为静密封和动密封两大类。静密封主要有垫密封,胶密封和直接接触密封 三大类。根据工作压力,静密封又可分为中低压静密封和高压静密封。动密封可以分为 旋转密封和往复密封两种基本类型。按密封件与其作相对运动的零部件是否接触,可以
分为接触式密封和非接触式密封;按密封件和接触位置又可分为圆周密封和端面密封,

端面密封又称为机械密封。根据密封结构的类型,密封机理,密封件形状和材料等,密 封可按图2.4进行分类。 非接触式密封的优点是没有动、静件间的摩擦,无磨损,运行可靠,维修方便,尤 其是阻塞型的非接触式密封设计结构简单、耐用,几乎可以不用检修;缺点是这类密封 还允许存在一定的最小泄漏量。本离心机中,下端轴承工作环境比较恶劣,对密封的要
求比较高,不宜采用非接触式密封装置。

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接触式密封中,成型密封(0型圈等)一般不用于高速情况下,而离心机最高运转

速度达4500r/rain,因此不宣选用成型密封;填料密封存在散热及冷却能力不够,自动
密封

f_————————————————1 静密封 动密封

厂—广—厂]厂————————]
垫 密








填 料 密

波 纹 管


触 型






f——r1
非 金 属 密 非


属 和

金 属 密 封





属 组



防 尘 密 封

成 型 密 封

软 填 辩 密





械 密


料 密 封

涨 圈 密 封

油 封



厂0离心密封

Tf6螺旋密封

Tf6迷宫密封

型1霖翥

『磁液体密封

]i垒刳窿密割

垫 图2.4工业密封分类图
Fig.2.4 Classify seal in industry

补偿能力差等缺点,离心机连续运转,磨损较快,要求密封装置具有自动补偿能力; 涨圈密封工作速度较低,使用寿命较短;油封密封通常只作为轴承润滑油的密封。综合 比较,本论文选用机械密封装置作为高速旋转轴承的密封装置。机械密封具有如下优点: ①密封可靠,在长期运转中密封状态很稳定,泄露量很小; ②擦功率消耗小,其摩擦功率仅为软填料密封的10%~50%; ③轴或轴套基本上不磨损; ④维修周期长,端面磨损后可自动补偿,一般情况下不需经常性维修; ⑤抗振性好,对旋转轴的振动以及轴对密封腔的偏斜不敏感; ⑥适用范围广,机械密封能用于高温、低温、高压、真空、不同旋转频率,以及
各种腐蚀介质和含磨粒介质的密封。

本论文中选用上海博格密封件有限公司的BGMHl0系列机械密封,该密封装置轴 向尺寸很短,在高速设备上应用广泛。其运行参数为:最大压力可达2.5MPa,线速度 可达到35m/s,轴向窜动量为O.5mm。上端机械密封型号为:BGMHl0-35;下端机械密 封型号为:BGMHlO.-45。其密封装置如图2.5所示。

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

图2.5机械密封装置
Fig.2.5 The mechanical seal

图2.6防震橡胶座
Fig.2.6
The shock absorber

(4)减震装置的布局

离心机中常见的故障之一就是振动过大。振动问题在很大程度上限制了离心机的转 速提高。通常螺旋卸料沉降离心机的转速控制在3000r/min内使用。因此在离心机整体 结构设计时,考虑添加减震装置及如何布局减震装置是很必要的。 螺旋沉降离心机产生振动的原因较多,离心机的振动随悬浮液动力黏度,密度及离 心机处理量的变化关系不明显,可以不考虑上述参数对离心机振动的影响。而转鼓转速 对离心机振动的影响是很大的,转速越高,振动越大。这主要是由离心机转鼓和螺旋推 料器本身的不平衡造成的【271。本设计的离心机的最高转速为4500r/min,在螺旋沉降离 心机中属于高速水平,因此,除了要对离心机的转鼓和螺旋推料器做严格的动平衡测试
和调整外,还要合理选择好减振装置。

本论文中,选择上海三住BGOMA-40250(P1013)型号的防震橡胶座做为减震装 置,如图2.6所示。该防震座尺寸较小,安装方便,容许负载较大。安装于离心机上端 轴承座的支架上,四个防震橡胶座沿圆周方向均布安装。
(5)排渣口结构设计

沉渣从转鼓的下端随推料器的转动而缓缓排出转鼓体内,排渣量的大小随生产能力 而定。通常,排渣13开设在转鼓下端的法兰上,如图2.7(a)所示。这种排渣结构比较紧 凑,与下轴承座连接方便,在卧式离心机中常被采用,但是这种结构排渣口小,排渣量 少,容易出现堵塞沉渣的现象,在生产能力较大的情况下更是如此,甚至有可能将出渣 口堵死;另外,沉渣在出口处的淤积会导致推料力增大,导致离心机运转不稳定。因此 本论文中设计了如图2.7(b)所示支架式结构,这种结构由排料盘来过度到下轴承底座, 沉渣直接由排料盘甩出转鼓体内,可以避免出渣口堵塞的情况发生,排渣量大,排渣速 度快。

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(a)
图2.7排渣1:3结构方案比较
Fig.2.7

(b)

Comparison ofnle different structure for pr∞-ipitate discharge

(6)整体结构方案

本样机的整体结构设计主要从如下几个方面着手分析:排渣,排水,进料,以及电 机的布置。排渣安排在离心机下端,并且沉渣只能由转鼓的锥段排渣口排出,这是由离

图2.8离心机整体结构示意图
Fig.2.8 Schematic diagram ofthe centrifuge

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

心机的工作原理决定的;排水口在螺旋卸料沉降离心机中一般设计在排渣口的相反方 向,因此,在本文中将排水口开设在转鼓上端盖上,这样一来,排水口远离排渣口,可 减小分离的两相物再次混合的概率;电机的布置主要考虑是从顶端安装和还是从底端安 装,由于底端有沉渣排除,若将电机安置于底端,不但安装不便,而且容易被腐蚀,因 此选择两电机都顶端安装的方式;进料既可以选择由上端进,也可以选择有下端迸,通 常情况下,由上端进料非常方便,也很合理,但在本文中,由于上端安装了一个差速器 (差速器的作用有两个:一个稳定转速差,二是增大驱动力矩),使得由上端迸料变得 非常复杂,故选择由底端进料。综合以上考虑,确定离心机整体结构如图2.8所示,并 在Pro/E装配环境下完成了离心机设计样机的虚拟装配和运动仿真。其工程装配图详见
附录D。

2.6本章小结
本章首先阐述了立螺离心机的基本工作原理及离心机中将要用到的流体动力学知 识,为离心机设计提供理论指导;其次,初步选择了离心机的技术参数,使得后续的三 维建模有据可依:然后着重论述了转鼓,推料器,排渣结构的设计过程,对转鼓结构和 排渣结构的设计做了多方案对比,对密封件和减震器的选择做了比较分析;最后,完成 了离心机的整体结构设计及虚拟装配工作。

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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
立式离心机中最常见的故障为:离心机下部组件的磨损和内部所受扭矩过大引起的 相关零件破坏。其中,下部组件的磨损主要为止推垫,轴承等的磨损。国外进口的较好 的离心机,止推垫的寿命周期也只有2-3个月:轴承的实际使用周期为半年左右【”。导 致这些故障的原因,除了操作和维护不当外,主要还在于离心机运转工作时存在很大的 螺旋力矩和轴向力,而这些力学性能与离心机的技术参数(立螺离心机技术参数包括结 构参数和操作参数,其中操作参数指转鼓的转速疗及转鼓与推料器的转速差An。在本 离心机的设计中,给定了转鼓的最大转速为4500 r/rain;转速差可调,因此只需确定其 结构参数,主要指:转鼓的最大内直径n转鼓的总长度厶转鼓半锥角a,螺旋升角 卢,转鼓溢流口处半径rJ,转鼓出渣口处的半径一)密切相关。转鼓半锥角口和螺旋升 角,在一定范围内的很小变化会使螺旋力矩和轴向力发生较大的改变,转鼓溢流口处半 径即和转鼓出渣口处的半径以也直接影响推料器的受力情况,因此,离心机技术参数的 选择成为离心机设计中的首要环节(前面章节对技术参数的选择只是初步的,与离心机 力学性能密切相关的参数将由优化设计结果来确定)。但由于影响技术参数的因素较多,
各因素对参数的要求有许多是相互制约的。在选择参数时,通常的方法是,根据定性分

析凭经验选取,然后依赖实验室的小试或中试结果进行模拟放大,但这样做比较麻烦, 而且代价也高。在卧式螺旋沉降离心机设计中,有研究人员以螺旋推料力矩为目标函数, 进行了单目标的优化设计,并且编写了相应的软件田】,使推料力矩最小化,而没有将出 渣效率和轴向力列入目标函数之中。本论文在综合考虑以上三因素的基础上,在满足参 数约束条件下,以力矩最小,轴向力最小,出渣效率最大为目标函数建立了数学优化模 型,采用比较分析的方法,完成了基于多目标的立螺离心机参数优化工作。

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 多目标规划的数学模型通常为式(3.1)所示:

一般情况下,多耳标函数之间常常彼此矛盾,一般不存在使各个目标函数同时达到 最优的解,因此,其解的概念必须重新定义,不能沿用单目标规划解的概念。多目标规
划中解的定义如下: (1)绝对最优解

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

设x*E口,如果对于xE口都有尺秽)≤月&),则称秽为多目标规划(3.1)式绝对最
优解。

minF(x)=min∽(x)'厶(x),…L(瑚
SJ

G(x)≤0 G(力=【91(x),92(x),…g,(x)]

(3.1)

X=“,x2,…矗)7
(2)有效解

设计∈口,如果不存在xE臼使几)≤凡辂),则称秽为多目标规划(3.1)式有效解。
(3)弱有效解 设x*E口,如果不存在x∈口使月b)<以舛),则称秽为多目标规划(3.1)式弱有效
解。

要使多个目标函数同时尽可能的小,这样的解只存在于有效解集中,而究竟采用有 效解集中的哪个点作为要寻求的解?就得看决策者的需求与偏好了。当决策者提出自己 的要求之后,再经过对,-,,z,,a等的协调与折衷,就可以最后找到一个使决策者比较 满意的解妒来,人们通常将这样的妒定义为模型(3.1)式的最优解,或称满意解‘291。
3.2.2多目标规划求解方法

多目标规划求解方法常用的方法有以下几种:约束法,分层序列法,评价函数法等。
(1)约束法

约束法是在多个目标中选取主要目标作为目标函数,而对其他目标则给定一定的条 件后作为约束条件来处理。这样就可以把多目标优化问题转化为单目标优化问题。 (2)分层序列法 分层序列法将多个目标按照重要程度排列次序,首先以第一个函数作为目标函数求 解单目标问题,然后将第一步优化结果作为约束,将第二个函数作为目标函数求解单目 标优化问题。这样继续求解直到将最后一个单目标优化问题求解完成,从而得到分层序
列意义下的最优解。 (3)评价函数法

评价函数法是一类方法,其基本思想是:针对多目标规划问题构造评价函数hff(x)), 并以此评价函数作为目标函数求解问题。因为可以用不同的方法来构造评价函数,所以 可以有各种不同的评价函数构造方法: ①理想点法;

一18

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②平方和加权法; ③线性加权法; ④极小一极大法; ⑤乘除法 构造评价函数时通常要对各分目标函数进行规范化处理,以便消除原始的分目标函 数之间的单位和数量级差异。 总的说来,多目标优化问题是单目标优化问题的延伸和拓广。目前的解法是将其转 化为单目标优化问题进行求解,但对应一个多目标优化问题,一殷要解决一系列的单目 标优化问题,有时候还要选择适当的权因子组合或适当的功效系数,比单目标优化问题
要复杂【圳。

3.3离心机数学优化模型的建立
本设计中,根据物料特性以及离心机的处理能力,选择转鼓的最大直径口为320ram, 按长径比£/口要求,取转鼓长度£为750ram,这两个参数都作为设计常量,在前面章
节已经介绍。 3.3.1设计变量的选择 在立螺离心机技术参数中,转鼓半锥角口和螺旋升角,,直接影响到扭矩,轴向力

以及出渣效率的大小,选为设计变量。而转鼓溢流口处半径,z和转鼓出渣口处的半径以 通常用岛和岛来代替(便于数学表达示的统一)。%用来表示液面半径与转鼓内半径
的比值(即幻呷,/乃,转鼓半径rz=D/2已选定),白则表示出渣口半径与转鼓内半径的

比值(即kl=rgrz),因此优化变量选取为:j≈a,口,ko,幻】T。
3.3.2目标函数及约束条件的确定

在离心机参数优化中,以螺旋转矩最小,轴向力最小,出渣效率最大作为优化目标。 依据参考文献[1]中对公式的说明,在忽略重力的情况下,推导出立螺离心机所受转矩, 轴向力,及出渣效率分别如下: (1)螺旋转矩肘

M=如笔乒g一曲
。表示转鼓与螺旋的角速度差;譬为重力加速度。

(3.2)

式中J乙为转矩系数,其表达式如(3.3)式所示;G表示离心机的沉渣生产能力,本 机取为0.3kg/s;B。表示平均分离因数,表达式见0.4)式;LG为脱水区的周向长度;矿

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

(3.3)



k:血


(3.4)

卜=扣吩)
取转速差为10r/rain,沉渣与鼓壁间的摩擦系数为0.35,沉渣与螺旋叶片间的摩擦 系数为O.3,螺旋转矩经简化,并以设计变量表示为(螺旋转矩M用,J代替):

仁p 撇卜 ~慑

啮~

’蕈
¨

触¨





忙计如 蚀 棚睁 ∽讣1犟 ¨、口 舛瓴 “

止衄

(2)螺旋所受轴向力F

F:巧号》g一曲
式中晦为轴向力系数,具体表达式见式(3.7);

(3.6)

Kr=cos口cos∥从sin慨+∥)+taII口cos∥№磊+cot/Y)
向力F用丘代替): 正=9542.59?COS£Z?cosp?

(3.7)

其他参数同上。跟螺旋转矩一样,经简化,轴向力以设计变量表示为(螺旋所受轴

p血p黑?sm(arctan∞叫一arc叫….cos卉 ?№s1恶?洲一∞例一~∞+叫+cot田?警
(3)螺旋的输渣效率E

@s,

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E=rap塑+垒ms,一ma】【

(3.9)

各参数定义同上,简化后,以设计变量表示为(螺旋的输渣效率E用办代替):

i二:fltan+‘co8{。‘s怒-l[’intr缸.s纰(ar。e.3tn+O∥.3司一fl缸)]-栅(ar。c.3tn+O∥.3吐/fltan{co

“)约束条件

)}) )}}。.?。,



依据以往卧式螺旋卸料沉降离心机设计中的经验和试验记录,以及离心机的结构工 艺特点,各参数应当满足如下约束条件:液面半径与转鼓半径的比值肠(,J/r2)在O.7 到0.9之间取值;出渣口半径与转鼓半径的比值白(rJr2)取值范围为0.6到O.7;转鼓 半锥角的取值在5。到】2。之间为最佳;螺旋井角取2。到9。之间的值较好;为保障沉
渣能够在转鼓内顺利滑动,沉渣沿鼓壁滑动方向与垂直于转鼓轴线的径向平面间的夹角

西应当大于45。【1】’西表达式参见式(3.11);沉渣的停留时间t在5s到8s为最佳,,的
表达式E(3.12)式:

4=cos-‘【恤口?sir娩+力/tan五卜魄+力

(3.11)

式中山=tan。1石‘,22=tan。1五’,石’为沉渣与鼓壁间的摩擦系数,取为0.35,正’为沉 渣与螺旋叶片间的摩擦系数,取为O.3。

t=(cot∥+cot 61).1Il“/r3)/(sin口?△国)

(3.12)

分离物液面不能离出渣口太近,应保证分离物液面半径与出渣口半径之差不小于 lOmm较好(本设计要求rJ—乃≥10)。另外,为保障最大生产能力和工艺要求,转鼓 锥段在轴向方向长度限制在250mm到400ram之间,(即250<。re(1一肋/tg口≤400)。
3.3。3优化模型的建立

依据以上建立的各目标函数模型,确定本论文的多目标函数为:F=min[,』,力,-Is],

其中,,,厶^分别为(3.5),(3.8),(3.10)式表达式。

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

约束条件如下:
0.7≤ko茎0.9 0.6S屯≤0.7
5≤口≤12

2jpj9 5≤t≤8
45≤a≤90
10≤rl—r3

(3.13)
’ ’

250≤r2(1一kOItana≤400

3.4优化方法的选择及目标函数求解
求解多目标规划最主要的思路之一,是将多目标问题设法转化为单目标问题,然后 采用已知的单目标规划求解方法求出其解。转化的途径多种多样,常见的有:约束法, 评价函数法,分层序列法等。在离心机的设计参数优化中,主要选用了评价函数法中的 线性加权和法,平方和加权法及乘除法来进行这种转化,然后采用单目标约束非线性规 划的相应方法进行数值求解。采用乘除法构造评价函数的最大优点是不需要使用加权系 数,优化求解结果波动不大;而用线性加权和法,平方和加权法来构造评价函数的话, 结果可能变动较大,不同的权系数下求出的结果很不一样,但正是这种权系数的灵活性, .可以依工程实际的需要和偏好来调整优化结果,因此本论文中对以上几种方法都进行了 试验性的计算和分析,从而更加合理的选择多目标转化方法。为了进行对比,文中单目 标规划不仅选用了确定性算法,而且还选用了随机性算法。确定性算法通过MATLAB 软件环境下的编程来实现,随机性算法采用-j"Mathematica中的微分进化算法。下面将详 细论述各评价函数法在离心机参数优化中的运用,并对转化后的目标函数进行最优化求
解。 3.4.1线性加权和法 (1)权系数的确定

长期来在多目标优化中,权系数被认为是客观存在的因子而难以确定【3l】。通常的方 法有:口-法,均差排序法,老手法,判断矩阵法等【32】。
a一法求权系数不困难,但当目标的维数大于2时,不能保证求出的系数为非负,在

本优化中,着采用a一法就会出现负系数的情况;均差排序法可以保证所得权系数为非 负,但只能粗略的描述出各目标的相对重要程度;老手法需要专家或有丰富经验的实践

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工作者提出经验值,暂不具备这条件,因而本设计采用了相对较理想的判断矩阵法求解 权系数。求解结果如下:螺旋转矩函数,,对应的权系数日;O.6316,螺旋所受轴向力函数,

力对应的权系数旁0.2105,螺旋的输渣效率函数如对应的权系数C≥0.1579。
(2)线性加权和优化求解

由于多个目标函数的量纲不同,在做计算之前,必须将它们规范化,即进行无量纲 化处理。之后,利用以上求得的加权系数,按照线性加权和法的原则,将多目标函数转 化为如下单目标函数:min户}[G,易翻?VJl,丘1,办1]’,其中,J1,,21,办1分别为
(3.5),(3.8),(3.10)式无量纲化处理后的函数表达式,其约束条件为式(3.13)所示。在

MATLAB和Mathematica软件中的求解结果如表3.1所示。
表3.1线性加权和法计算结果
Tab.3.1
Results

computed with the

weighted蝴tion

method

3.4.2平方和加权法

平方和加权法同样采用以上求得的权系数,依平方和加权法的评价函数构造法则,

转为如下单目标函数:min序‰易翻?[(,J一,Jo)2,(打∥)2,(打∥)2]1,
其中,,o,∥,∥分别为,^办,办在可行域上一个尽可能小的下界,通常取为相应单

目标函数的最小值。本优化求解中,,,o,∥,Ⅳ分别取,,,办,办函数的最优解。同
样,约束条件为式(3.13)所示。在MATLAB和Mathematica软件中的求解结果如表3.2
所示。
表3.2平方和加权法计算结果
Tab.3.2

Results computedwithweighted sumofsquaremethod

3.4.3乘除法

乘除法的基本做法是将目标函数分为两类,一类求最大值,另一类求最小值。评价 函数为:所有求最小值函数的积比上所有求最大值函数的积。按照此方法,可将评价函

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

数选为:min,≥11"12/,3,

(,,,丘函数都是求最小值,办函数求最大值)。约束条

件为式(3.13)所示。在MATLAB和Mathematica软件中的求解结果如表3.3所示。
表3.3乘除法计算结果
Tab.3.3
Results computed with mul6plieafion and division method

3.5优化结果分析比较
从以上优化结果可以看出,无论是采用评价函数法中的线性加权和法或平方和加权 法,还是乘除法,将多目标问题转化为单目标后,用MATLAB软件中的优化方法(确定 性算法)计算出的结果和用Mathematica软件(随机性算法)计算出来的结果基本一致。
表3.4结果比较
Tab.3.4 Comparison ofthe results obtained from optimization and other special points

一方面说明建立的优化模型是比较合理的,另一方面也说明优化的结果是比较理想的。 由于几种方法所到的结果相差不大,考虑到机械=!Jn-r精度,取优化结果为:转鼓半锥角

a=8.93,螺旋升角芦=7.67,后神.70,白:o.63。优化结果与参数分别取初始点,中间点
和终点时的计算结果相比,无论是力矩还是轴向力,都有显著降低。其中,力矩的最大

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下降幅度为84.5%,轴向力的最大下降幅度达N88.4%,同时,也保证了出渣效率在90%
以上。详细的结果比较见表3.4。

3.6本章小结
立式螺旋卸料沉降离心机的技术参数直接影响到离心机的力学性能和效率,而通常 参数的选择却是凭经验,效果往往不太理想。鉴于此,本章综合考虑螺旋推料力矩和轴 向力及出渣效率三方面因素,建立了多目标优化数学模型。选用评价函数法将多目标问 题转化为单目标问题,然后再借助Mathematiea和MATLAB两套数学软件编写相应优 化程序进行求解,并将得到的数值结果跟参数在特定点的计算结果进行了比较,可以看 出离心机中的轴向力和力矩有明显降低,出渣效率也得到了保障。

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

4离心机关键零部件的有限元分析
前面章节已对离心机的零部件及整体设计作了详细的论述,确定了离心机的基本结 构。在设计过程中主要考虑了功能要求和加工要求,以及部分零件的力学性能要求,但 大多数零件并不规则,不方便建立数学模型进行受力变形分析,有的零件甚至在目前的 条件下无法直接建立解析方程。特别是对于转鼓和推料器两个最关键的部件,不但形状 比较复杂,而且受力较多,影响因素也很多,按照应力强度理论来直接建立数学模型难 度很大。因此本文中采用了有限元法来分析离心机中零部件的静态力学性能。有限元法 作为一种数值计算方法已经在工程技术的许多领域取得了广泛的应用,它可以较为方便 地解决工程中的许多过去感到棘手的甚至无法解决的问题。下面章节将结合有限元技术 对离心机关键零部件进行结构静力分析。

4.1有限元法及ANSYS简介
4.1.1有限元法简介

有限元法是适应电子计算机的使用发展起来的一种比较新颖和有效的数值计算方 法。这种方法大约起源于20世纪50年代航空工程中飞机结构的矩阵分析,是一种基于
变分原理求解数学物理问题的数值计算方法。

有限元法的应用已由求解弹性力学平面问题扩展到空间问题,板壳问题;由求解静 力平衡问题扩展到求解动力问题,稳定问题;从线性分析扩展到物理,几何和边界的非 线性分析,分析的对象也从固体力学扩展到流体力学,传热学,电磁学等其他领域13”。 并已成为机械设计,工程应力分析和科学研究的有力工具。 有限元法的基本思想是假想把连续系统(包括杆系、连续体和连续介质)分割成数 目有限的单元,单元之间只在数目有限的指定点(称为节点)处相互连接,构成一个单 元集合体来代替原来的连续系统。在节点上引进等效载荷(或边界条件),代替实际作 用于系统上的外载荷(或边界条件)。对每个单元由分块近似的思想,按一定的规则(由 力学关系或选择一个简单函数)建立求解未知量与节点相互作用(力)之间的关系。把 所有单元的这种特性关系按照一定的条件(变形协调条件、连续条件或变分原理及能量 原理)集合起来,引入边界条件,构成一组以节点变量(位移、温度、电压等)为未知 量的代数方程组,对其求解便得到有限个节点处的待求变量。因此,有限元法实质上把 具有无限个自由度的连续系统理想化为只有有限个自由度元集合体,使问题转化为适合 于数值求解的结构型问题。有限元法适应性强,应用广,可以用来求解工程中许多复杂

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问题,特别是采用其他数值计算方法难以求解的,如:复杂结构形状问题,复杂边界条 件问题等。由于它采用矩阵形式表达,便于计算机程序化,目前在国内外有许多通用程 序,可以直接套用,十分方便。比较著名的有SAP系列、ADINA、ANSYS、ASKA、

NASTRAN、MARK和ABAQUS掣州。本论文中使用的ANSYS软件。
4.1.2州sYs简介 ANSYS软件是一个功能强大而灵活的大型通用有限元软件。能够进行包括结构力 学,热力学,流体力学,声学,电磁学等多学科的研究,广泛应用于核工业,铁道,航 天航空,石油化工,机械制造,能源,汽车交通,国防军工,电子,土木工程,造船, 生物医学,轻工,地矿,水利,家用电器等工业和科学研究领域,是世界上拥有用户最
多,最成功的有限元软件之一。

ANSYS提供的分析类型主要有以下几种。 (1)结构静力学分析 用于分析结构由静载荷引起的变形,应力和应变。静力学分析适合求解惯性和阻尼 对结构影响不显著的问题。ANSYS的静力学分析不仅可以进行线性分析,还支持非线 性分析,例如塑性变形,蠕交,大变形,大应交及接触问题的分析。
(2)结构动力学分析 用于分析随时问变化的载荷对结构的影响,主要包括瞬态分析,模态分析,谐响应

分析以及随机振动响应分析。 (3)结构屈曲分析 屈曲分析用于分析结构失稳的临界载荷大小,以及在特定载荷作用下结构是否失
稳。

(4)热力学分析



ANSYS的热力学分析可以模拟热传导,对流和辐射,可以进行稳态和瞬态热分析, 线性和非线性分析,可以模拟材料的凝固和溶解过程,可以进行热应力计算。 (5)电磁场分析 ANSYS的电磁场分析可以进行一维,二维静态电磁场的分析,一维,二维随时间

变化的低频电磁场的分析。电磁场分析可以解决电磁场的相关问题,如电容,电感,涡 流,电磁场分布,运动效应等。 (6)流体动力学分析
ANSYS的流体动力学分析可用来解决二维,三维流体动力场问题,可以进行传热 或绝热,层流或湍流,压缩或不可压缩等问题的研究。

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(7)声场分析

声场分析主要用于研究流体介质中声音的传播问题,以及流体介质中固体结构的动
态响应问题【35】。

ANSYS软件具有如下特点: (1)完备的前处理功能 ANSYS不仅提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,可以方便地构造数学模 型及有限元模型,而且还专门设有与我们所熟悉的一些大型通用有限元分析软件的数据 接口(如MSC/NSSTRAN,ALGOR,ABAQUS等),允许从这些程序读取有限元数据, 甚至材料特性与边界条件,完成ANSYS中的初步建模工作。此外,ANSYS还具有近 190种单元类型,这些丰富的单元类型能使工程人员方便而准确地构建出反映实际结构
的仿真计算模型。 (2)强大的求解器

ANSYS提供了对各种物理场量的分析,是目前世界范围内唯一能集结构、热、电 磁、流体、声学等于~体的有限元分析软件。除了常规的线性、非线性结构静、动力分 析外还能解决高度非线性结构动力分析、结构线性及非线性屈曲分析。
(3)方便的后处理器

ANSYS的后处理器分为通用后处理模块(POSTI)和时间历程后处理模块(POsT26) 两部分。该后处理器可以很容易获得求解过程中的计算结果并对其进行显示。这些结果 可能包括位移、温度、应力、应变、速度及热流等,输出形式可以有图形显示和数据列
表两种。

(4)提供了多种进行二次开发的工具 ANSYS除了具有较为完善的分析功能外,同时还为用户进行二次开发提供了多种 实用工具。如宏(Marco)、用户界面设计语言(uDL)、参数设计语言(APDL)及 用户编程特性(UPFs)p61。 本论文利用了ANSYS的强大计算和处理功能,完成了离心机的部分关键零部件的
结构静力学分析。

4.2强度校核准则
在工程实际中,很多受力构件的危险点都处于复杂应力状态。材料的破坏是有规律 的,人们根据对材料破坏现象的长期观察、探索、提出了种种关于材料破坏原因的假说, 这些假说,通常称为强度理论。材料破坏主要有两种形式,因此关于破坏原因的假说也

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相应地分为两类,一类是对断裂原因的推测,另一类是对屈服原因的推测。这两类假说
又各自对应着两类假说,这四个假说正是当前工程中最常用的,都是在常温、静载下,

适用于均匀、连续、各向同性材料的强度理论m】。
(7)最大拉应力理论(第一强度理论)

这一理论认为,引起材料断裂的主要因素是最大拉应力,也就是说,不论材料处于 何种应力状态,只要最大拉应力达到材料单向拉伸断裂时的极限拉应力值“,材料即发 生断裂。按第一强度理论建立的强度条件为式(4.1)所示:

o-,,--[,,-I
式中,口,,是构件危险点处的最大拉应力,[口】为单向拉伸时材料的许用应力。
(8)最大拉应变理论(第二强度理论)

(4.1)

这一理论认为,引起材料断裂的主要因素是最大拉应变,也就是说,不论材料处于 何种应力状态,只要最大拉应变达到材料单向拉伸断裂时的极限拉应变值时,材料即发 生断裂。按第二强度理论建立的强度条件为式(4.2)所示:

crr2=吒一从%+o-3 J≤pJ
式中,口。,矿:,口,是构件危险点的主应力。
(9)最大切应力理论(第三强度理论)

(4.2)

这一理论认为,引起材料屈服的主要因素是最大切应力。也就是说,不论材料处于 何种应力状态,只要其最大切应力达到材料单向拉伸屈服时的极限切应力时,材料即发 生屈服。按第三强度理论建立的强度条件为式(4.3)所示:
r 1

%2q一0"3s【crJ
式中,口。为第三强度理论相当应力。

(4.3)

这一理论与塑性材料的实验结果比较吻合,对屈服现象能给出较为满意的解释。
(10)形状改变比能理论(第四强度理论)

这一理论认为,引起材料屈服的主要因素是形状改变比能。也就是说,不论材料处 于何种应力状态,只要受力构件内危险点处积蓄的形状改变比能达到材料单向拉伸出现
屈服时所具有的形状改变比能时,材料就发生塑性屈服破坏。按第四强度理论建立的强

度条件为式(4.4)所示:

q.=、佶慨一吒)2+h_o-02+b一呒)2J≤纠
l二

(4.4)

式中,一一称为第四强度理论相当应力。实验证明,对于钢、铝、铜等金属韧性材

料,按第四强度理论建立的强度条件,比第三强度理论更符合实际。

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对于脆性材料,通常以断裂的形式破坏,宜采用第一和第二强度理论。而韧性材料 通常以屈服形式失效,因此一般采用第三和第四强度理论。以下章节将要分析到的零部 件为韧性材料,都采用第四强度理论进行校核(转鼓除外,转鼓的校核在相应章节有专 门的阐述)。在ANSYS软件中,按第三强度理论计算的相当应力即Stress intensity应 力,按第四强度理论计算的相当应力即yon
Mises slyess应力。

对于强度条件中许用应力,因材料的而异,即便是同一种材料,由于工程应用的不 同,也会因取不同的安全系数而得到不一致的值。不锈钢材料许用应力确定如下‘371: 按强度极限计算:


hJ-2




crL

(4.5)

按屈服极限计算:




仃.

Io-,J--三


(4.6)

式中,nb一强度极限的安全系数,nb=3.5--4,本文中取nb=-4:
玩一屈服极限的安全系数,挖6-2 ̄2.5,本文中取ns=2.5: 本论文中,以下将要分析到的零件材料为1Crl8Ni9Ti,查机械设计手册得:强度极
限a b=520MPa,屈服极限a,=205MPa(理论上讲,不锈钢没有屈服强度,标准给出的是

O.2%残余变形时的应力)。由式(4.5)和式(4.6)计算得:[00=130 MPa,【口d=82 1VlPa。因 此,本文中,对于1Crl8Ni9Ti材料的许用应力值取『a]=82 MPa。

4.3下轴承座的受力分析
(1)下轴承座有限元建模 下轴承座在结构上是轴对称的,并且其承受的载荷(转鼓和推料器的重力)以及约 束条件也都对称于旋转轴,因此将下轴承座的轴对称模型简化为2D模型。 对于实体结构的2D模型分析,一般是采用平面单元来建立有限元模型。在众多的 平面单元中,通过分析比较和筛选,适合下轴承底座有限元模型的单元有PLANE42, PLANE82,PLANEl82。在本论文中,分别用这三种单元做了试算,以作比较。 单元选取后,接下来的工作是定义材料属性,在下轴承座静态结构分析中,只需定 义材料的弹性模量和泊松比即可,下轴承座材料为1Crl8Ni9Ti,因此,在ANSYS软件
中设定弹性模量EX=2.1e+5MPa,泊松比设定为PRXY=0.27。

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单元和材料属性都定义好以后,下一步的工作是划分网格单元。在工程实际问题中 怎样划分网格单元,使其既能得到符合实际情况的结果又不至于网格过细而浪费计算资 源与时间,这是一个难点问题。众所周知,有限元分析的精度很大程度上取决于网格划 分的密度,单元尺寸不合适时无法真实的反映结构的受力变形情况,但是也不能一味的 减小单元尺寸,认为网格划分越密,计算精度就越高【38】。这样效果不但不好,而且还很 耗时。网格划分的大小在很大程度上依赖于工程实践经验,但多次的试算和比较可以减 小分析结果的失真。在本论文中,对网格进行不同大小的划分,通过比较分析,当网格 细化到一定程度,输出结果变化不大,此时即认为网格大小比较合理。
(2)下轴承座约束和负荷加载

下轴承座仅允许其作轴向旋转运动,除了绕中心轴的旋转自由度不予限制外,在与 其他零件接触的面上,应当约束其他方向的位移。下轴承座所受载荷主要是推料器,转 鼓,差速装置及附加零件的重力,在Pro/E软件中计算其总重量约为260kg,相当于重 2548N,轴承座的受力面积为:1.13X104ram2,计算得单位面积受力为:O.225N/mm2,
以面载荷形式添加到有限元模型上。 (3)有限元求解及后处理 在ANSYS分析模型建好(包括约束条件和载荷都己指定)以后,即可进行有限元

的求解,执行ANSYS求解命令后,软件会自动提示用户分析完毕,并且将输出以二进 制形式写入输出文件和结果文件中,通过POSTl后处理器即可查看结果。

(a)(”
图4.1下轴承座模型在不同网格单元下的应力云图
Fig.4.1 Von raises stre∞ofthe bearing mode with different dement size

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图4.1(a)为网格细分前的应力分布云图,图4.1(b)为网格细分后的应力分布云图,

从求解结果可以看出:两个分析结果中的最大应力值大约都为6.1MPa,且都出现在下 端面拐角处,其主要原因是在拐角处结构突变较大,引起应力集中,可以采取加倒角的 措施加以减小,但不能消除。网格细分后应力分布情况及最大应力值与细分前相比,变 化很小,分析结果比较稳定,本论文以此输出值作为分析结果,该最大应力值远小于材 料的许用应力82 MPa,下轴承座强度足够。

4.4推料器的受力变形分析
(1)推料器有限元模型的建立 推料器的结构不同于下轴承座结构,所以不能将其简化为2D模型,也不能取其部 分结构建模,本论文中采取整体建模方式,先在Pro/E软件环境下建立实体模型,之后 导入ANSYS软件中分析处理(分析模型在导入ANSYS前做了简化工作,去掉了焊缝, 将焊缝对强度的影响转移到了许用应力当中)。 推料器模型选择10节点SOLID92单元。其单元模型如图4.2所示。

图4.2推料器分析模型
Fig.4.2
FE model ofthe¥Ctl2W conveyor

(2)推料器约束条件及负载 推料器两端采用轴承固定,考虑到发热,装配等因素,选择安装方式为固定一自由 形式,因此,除了绕旋转轴的运动不固定外,在推料器的上端约束中,允许其轴向移动, 而下端面的其他自由度完全约束。

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推料器运行中,主要受到轴向推力及自身离心力作用。在ANSYS软件中,离心机 自身离心力以角速度的形式添加,本文取离心机的最大速度4500r/rain计算,角速度大
小为:471.24md/s。轴向力大小已在第四章中求得,约为16111N。依参考文献[39】中的

阐述,将轴向力加载到螺旋叶片最外层单元的推渣面上。
(3)推料器模型动平衡前求解结果 图4.3为推料器的分析的结果,图4.3(a)为应力分布云图,图4.3(b)为总的位移分布

云图,从图中可以看出,其最大应力为157.59MPa,最大变形量为5.33×10-2ram,最大 应力值超过了材料的许用应力值82MPa,并且出现了明显的畸变现象。经分析,导致这 种现象的根本原因是推料器中存在较大的偏心距,这是由螺旋叶片质量在径向方向上分 布不均引起的,当给推料器施加离心速度时,由于较大的偏心力作用,导致推料器往重 心方向凸出,真实的模拟了推料器运行情况。找出了严重变形的原因后,接下来的工作
是如何解决这一问题,以及对所采取的方法是否有效做出判定,下文内容对此做了详细 的回答。

(a)
图4.3推料器动平衡前有限元分析结果
Fig.4.3 FEanalysis resultsofthe

(b)

sawconveyorbeforeaymmieequih'brium

(4)推料器模型动平衡后求解结果
针对推料器出现的畸变现象,在Pro/E软件中对其做重心调整工作。柱锥体部分为

完全轴对称结构,重心在旋转轴上,不会出现偏心的情况。闯题出在螺旋叶片上,通过 调整螺旋叶片在柱锥体上的位置,可以移动重心的位置,如果能使其重心落在旋转轴上,
就可以排除掉模型偏心力的影响。当然,靠移动螺旋叶片的方法不能够真正做到重心恰

好在旋转轴上,但基本上可以调节到旋转轴线上。图4.4为偏心距为0.5mm的分析结果,

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其中图4.4(a)为推料器应力分布云图,图4.4(b)为总位移图。从图中可以看出,应力和位 移分布都有了明显的改善。最大应力值由平衡前的157.59MPa减d,N 35.80MPa,最大 位移量由5.33×10之mill降低到2.10×10。2mlil,实际零件加工过程中,还需做进一步的
动平衡调整。

(a)
图4.4推料器动平衡后有限元分析结果
Fig.4.4

Co)

FE analysis msults ofthe scDew conveyor after dynamic equilibrium

(a)
Fig.4.5

(b)
Radial displacement ofthe sel-ew c,onvcyor model

图4.5推料器模型在径向方向的位移分析结果

推料器在径向方向上的位移量大小也是离心机设计中关注的重点,在这个方向上的 位移大小直接关系到离心机能否正常运转;当推料器位移量非常大时,有可能导致螺旋 叶片与转鼓接触,出现摩擦力较大甚至堵转现象,从而是使离心机不能正常工作,这种

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情况应当极力避免。因此,本文中对推料器的径向位移分布做了如下分析讨论:推料器 与转鼓之间的间隙为2mm,以此作为推料器径向变形量的约束条件。通过ANSYS分析 求解,推料器在x轴和z轴方向(径向方向)上的位移分布分别为图4.5(a)和图4.50) 所示(Y轴为旋转轴)。在x轴方向上的最大变形量为1.38X 10"2mm,在z轴方向上 的最大变形量为1.43


10之锄,都远小于间隙值。

图4.6推料器x轴方向位移曲线
Fig.4.6
Radial

图4.7推料器z轴方向位移曲线
Fig.4.7

displamnent

amve

Radial displacement cxtrve

ofthe sc“=w conveyor in X direction

ofthe scn}w conveyor in Z

di喇∞

在图4.5的分析结果中,是用不同颜色给出的推料器径向方向上的位移分布情况, 不便于做比较工作,因此,本文中绘制出了沿轴向方向上的节点位移分布曲线,可以方 便的看出整个推料器在径向方向上的变形情况,如图4.6和图4.7所示。图4.6为推料器 最外层单元在x轴方向上的位移曲线,从图中可以看出,沿着推料器大端到小端方向,
位移量表现为先增大,后减小趋势;图4.7是推料器最外层单元在Z轴方向上的位移分

布情况,与图4.6曲线基本相同。两个方向上的最大位移量都大致出现在柱段和锥段的 连接处,并且位移量大小也基本相当。通过比较可以看出,在x轴方向上和z轴方向 上的变形量相差不大,说明由偏心作用引起的径向方向位移偏差己大大减小,受力分布
有了很大的改善。

4.5转鼓有限元分析
(1)转鼓有限元模型建立

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转鼓在结构上是轴对称的,转鼓承受的载荷(自身离心力和物料的离心液压)及约 束条件也都对称于旋转轴,因此可将转鼓模型简化为2D轴对称模型。本文中采用 Plane42轴对称单元建模。
(2)转鼓的约束条件

对于2D轴对称模型,在对称轴上仅允许有轴向方向位移,因此在大小端盖中心线 附近的单元上施加了对称约束;另外,在小端盖底面上,有其他零件的阻挠作用,不允 许其有轴向位移,因此在小端盖底面线上添加了轴向(uY)方向的约束。 (3)转鼓载荷计算 在前面章节已经分析过了转鼓的受力情况,本节的主要工作是计算出设计样机的具 体载荷大小,并将其加载到有限元模型上。计算工作包括两个方面,一是转鼓自身的离 心力大小,二是物料离心液压力大小,下面将从这两方面分别讨论: ①转鼓自身离心力 在ANSYS软件中,离心力以角速度的形式添加到分析模型上,离心机转鼓角速度 按照式(2.8)计算,求解过程见式(4.7):

国:—2x—3—.1_41=_6—x一4500:471.239
00

(4.7)

在转鼓有限元分析模型中添加角速度471.239rad/s,即等效添加了转鼓离心力作用。 ②物料离心液压力 物料离心液压力按照式(2.9)计算,求解过程见式(4.8):



p=去×1020×471.2392






162—0.1122)=1.479×106

(4.8)

计算得,离心液压大小为:1.479×106pa,即1.479MPa。在ANSYS软件中,首先 将离心液压力施加到转鼓内面的边线上(即用SFL命令加载),然后再传递到模型单元
节点上。 (4)有限元求解及后处理

转鼓壁厚为14mm时的有限元求解结果如图4.8所示,其中4.8(a)图为应力分布云 图,4.8(b)图为总的位移分布云图,从图中可以看出,转鼓的最大应力为20.OMPa,出 现在这柱段靠近上端盖部位;上端盖部位变形较大,最大位移量为4.10X 102ulm;图 4.8(c)显示出了转鼓的最大径向变形为1.40X 102mra;从图4.8(d)可以看出转鼓轴向变形
分布情况。

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(5)转鼓强度校验准则
参考文献[2]中指出,离心机转鼓可以认为是一中特殊的承压设备,因而转鼓的强

度校核可参考压力容器中所使用的方法。目前,压力容器设计所采用的标准规范有两大
类:一是常规设计(Design by rule)标准,以美国AsME一Ⅷ第一分篇《压力容器建造》

和我国GBl50《钢制压力容器》标准为代表;另一类是分析设计(Design

by

analysis)

图4.8转鼓有限元分析结果
Fig.4.8
FE analysis

results“mc bowl model

标准,以美国AS脏一Ⅷ第二分篇《压力容器建造一另一准则》和我国JB4732《钢制压 力容器一分析设计准则》,欧盟标准prENl3445--3《非接触火焰压力容器》为代表。常 规设计是以弹性力学设计准则为基础,考虑许用应力时选取相对较高的安全系数,留有 足够的安全裕度m】。而分析设计中对局部应力处及不连续的结构处等分别指定了判断准

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则,将安全系数设置的比较小。在离心机转鼓中,鼓体部分壁厚连续,一般不会产生局 部应力,再考虑到零件的加工等因素,采用较保守的校核方式是可行的,因而本论文中 选择常规设计方法,其原则是:不管是整体还是局部应力,只要它达到屈服极限,整个 容器便失去正常工作能力。 压力容器设计中,强度安全系数通常在1.5~3.0之间取值,许用应力通常可以在一 定的安全系数下根据屈服极限和强度极限估算出来,而参考文献[41]中提供了部分材料 的许用应力值。本论文中转鼓材料为1Crl8Ni9Ti,由参考文献[41]dP的表2.4查得其基 本许用应力值为8.6kg/mm2(工作温度300℃),约为84MPa。基本许用应力只与材料性 能和容器的设计温度有关,它没有考虑制成容器的毛坯原材料质量等因素对强度的影 响。实际设计时,考虑上述影响,应将基本许用应力乘上毛坯质量系数【4”。由参考文献 【41】中的表2.2查得转鼓毛坯系数为1.0,因此转鼓的最后设计许用应力为84MPa。 在上一节中,已经分析出转鼓在自身离心力和物料离心液压下的最大应力值(SINT) 为20.0MPa(按第三强度理论计算),远小于设计许用应力值84MPa,所以14ram厚度 的鼓壁能够满足转鼓的强度要求。 (6)转鼓壁厚对应力及位移分布的影响 转鼓的壁厚与转鼓的承载能力密切相关,如何确定鼓壁的厚度成为离心机设计的重 点之一,用数学建模方法求解比较复杂,计算量大,本论文中采用了试算法:即通过分 析一系列选定壁厚的应力和位移分布,找出壁厚与应力,位移大小的关系,以此来确定 鼓壁厚度。ANSYS软件求解处理后,得出在自身离心力和物料离心液压工况下应力强 度(SINT)最值(SMX)随转鼓壁厚变化的计算结果如表4.1所示。
表4.1应力强度(SINT)最值随转鼓壁厚变化列表
Tab.4.1

Column tablebetween maximal SINT and the thickness ofbowl

将应力强度(s玳T)最值(S^,00随转鼓壁厚变化结果线性处理后制成二维坐标图,可 以更为直观的看出两者之间的关系,如图4.9所示。 从表4.1和图4.9可以看出,应力强度(SrNT)最大值随着转鼓壁厚的增大而减小, 在2~12mm区间,应力变化幅度较大,14ram以后,变化幅度非常小。从图中和表中都 可以看出,转鼓壁厚大于4mm后就可以满足强度要求(应力最值小于设计许用应力值 84MPa),但在区间2~12mm内应力变化值较大,不是理想的壁厚选择区域;厚度在14mm

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以上,虽然最值应力变化较小,并能充分满足强度要求,但壁厚的增加会相应的带来转 鼓重量的增加,这在离心机设计中也是应当尽量避免的。因此,本论文中选择壁厚为 14ram,一方面应力强度有足够的保障,另一方面转鼓的总重量也有较合理的限制,并
且方便转鼓的加工。

转鼓壁厚(m) 图4.9应力强度(SINT)最值随转鼓壁厚变化图
Fig.4.9 Relationship between maximal SINT and the thickness ofbowl


秘 掣




转鼓壁厚(m) 图4.10径向位移(Ux)最值随转鼓壁厚变化图
Fig.4.10

Relationshipbetweenmaximal radial

displacement(U殉andthethicknessofbowl

转鼓的径向位移跟推料器的径向位移一样重要,应当严格控制,经ANSYS分析求
解,得出径向位移(Ux)最值(SMX)随转鼓壁厚变化的计算结果如表4.2所示。

将径向位移(u)()最值(sM玛随转鼓壁厚变化结果线性处理后制成二维坐标图如图
4.10所示。

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径向(mm)0.094

0.048

0.032

0.024

0.019

0.017

0.014

0.012

0.011

0.010

由表4.2和图4.10可以看出,径向位移(uⅪ最值随转鼓壁厚的增加而减小,其减小 趋势和应力强度的变化曲线相近似。转鼓壁厚小于12mm时,径向位移变化幅度较大, 如果选择较小的壁厚,刚度条件一定要好好考虑,这也是本设计中选择壁厚为14mm的 重要原因之一。壁厚为14mm时,转鼓的最大变形量为lAX 102mm,远小于转鼓与推
料器之间的间隙2mm。

4.6本章小结
本章的主要工作是分析离心机设计样机中关键零部件的受力及变形情况,其中以转 鼓和推料器的有限元模型作为重点分析对象。针对推料器的不平衡结构做了动平衡调 整,从有限元分析结果可以看出,动平衡后的推料器应力和位移分布都有了很大改善。 对于转鼓壁厚的确定,采用了试算法,通过比较不同壁厚下的应力强度和位移,合理选
择了鼓壁的厚度大小。

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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
悬浮液自迸料口进入沉降离心机转鼓后,液相沿转鼓轴向流动至溢流口处溢出鼓

外,其中的固体粒子除了随液相作轴向移动外,还在离心力作用下沿径向沉降。较细的 粒子由于沉降速度较慢,沉降到鼓壁所需要的时间较长。如悬浮液过大,轴向流速过快, 使较细粒子在转鼓内的停留时间少于沉降所需时间,则细粒子将随液流溢出鼓外而不能 被分离。因此,沉降离一15,机的生产能力,应理解为能将所需分离的最小固相粒子沉降在 鼓内,而不致随分离液带出的最大悬浮液流量。沉降离心机的生产能力取决于液体的轴 向流速和粒子的离心沉降速度【11。在本论文中,轴向流速采用∑理论,因此,生产能力 也相应的按∑理论来计算,其生产能力与当量沉降面积及沉降速度直接相关。 (1)当量沉降面积的计算 本论文中,采用的柱锥形转鼓,依参考文献【1】,其当量沉降面积按式(5.1)进行计算:

∑=只砒陪j2五+{名)+争(丑1且+壶名)]
式中,E一离心机分离因数,(B=Ⅱ2n2r2/9009); D—转鼓直径(D=2r2): 三—沉降区轴向长度; 三,一柱段沉降区轴向长度; A一液面高度与转鼓半径之比(A=h/r2);

@?,

取r#--4500r/min,r:=D/2=O.32m/2=1.60×10-1m,£:6.82×10"1m,L1=3.76×10~m,

槲.8



10-2m;计算得:E=1350m2。

(2)沉降速度的计算

V0:—di/A_pg
式中,Ⅶ一沉降速度; 西一粒子当量直径; 厶P一固,液相密度差5 g一重力加速度; Ⅳ一液相动力黏度;

(5.2)

取护1.20×10巧m,g=1.01×10"3pa?S,oo=9.80m/s2;

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

△p=1.2×103-1.O×103kg/m3=O.2×103kg/m3:

计算得:vo=1.552×10‘5m/s。 (3)生产能力修正系数 对于螺旋沉降离心机,生产能力修正系数为:

纠a.a4(圹9(圹
式中,f一生产能力修正系数;

(5.3)

d卜粒子当量直径;
4p一固,液相密度差; p,—液相密度;

上一沉降区长度;
取de=1.2x10一in,p,=1.O×103kg/如3,L=O,682m;△p=O.2×103kg/m3; 计算得:f=O.1736。

(4)生产能力计算 生产能力Q按式(5.4)计算: Q=争。z
已求得f=o.1736,vo=1.552X 10一m/s,Y.!=1350m2; (5.4)

计算得:9=3.637X 10。m3/s=13.093

m3/h。

5.2按输渣能力计算生产能力
依参考文献【1],螺旋的输渣能力G按照式(5.5)进行计算:

lG=B等瓜再瓦慨

B㈢锄¨,
式中,易~螺旋的输渣效率;

(5.5)

△甜一螺旋与转鼓的速度差; 乃一出渣口处转鼓半径;
S一螺旋螺距,取锥段平均值; 彳~沉渣条截面积; 几一螺旋的头数;

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p,—湿渣密度; a—转鼓半锥角; 口—沉渣条自由表面与转鼓轴线间的夹角; 其中,取E;=o.91,/1。=5.236
a=8.93。,dk20。,P o=1.1




10-1rad/s,垆1.01 X 10"1m,S=8.6X

10。2m,t/¥=1,

10‰g/m3:
m3/h。

计算得:皓1.270kg/s=4.572X 103 kg/h。按湿渣的含水量为20%itg,可以算出每小

时的进料量,即离心机的生产能力0=5.603

不管是按悬浮液流量计算生产能力还是按输渣效率计算生产,其结果都能满足离心 机设计要求(最大生产能力大3 m3/11),因此,就生产能力而言,所选设计参数是可行的。 另外,考虑到设计过程中参数需要不断修改,每次手工计算比较麻烦,也比较耗时, 本论文中编写了相应的计算软件,操作方便,简单,详见附录B。

5.3功率计算
离心机在起动阶段和正常运行阶段功率消耗不完全相同,应分别确定不同阶段所需 要的功率,以其中最大者作为选择电机的主要依据。离心机中的功率主要包括:转鼓与 物料起动及加速到工作转速所需要的功率;转鼓与轴承摩擦所消耗的功率;卸料所消耗
的功率等。

(1)离心机起动消耗功率 离心机起动功率按照式(5.6)进行计算:

只:鱼!
‘29t,X102

(5.6)

式中,G—转鼓总重量,Pro/E计算得,转鼓总重为132kg: /'o—转鼓外半径,to=0.17m: ∞—转鼓加速度,取471.24rad/s; g一重力加速度,取9.8m/s:; 岛一起动时间,本论文中取60s: 计算得:,,=7.00kW。
(2)加速物料消耗功率 悬浮液加入转鼓后,需要外界做功使其从静止状态加速到工作转速,由于物料中的 固相与液相在转鼓中分布的位置不同,因而需分别确定滤渣和滤液加速到工作转速所消

耗的功率。离心机连续工作时,物料达到工作转速所需的功率为:

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只=盎G2 2+g,2)
式中,。一转鼓角速度,取471.24rad/s; 92一按输渣能力计的生产能力,已求得g产3.637×lO-3m3/s; 毋一按分离液计的生产能力,已求得gr=2.490X r3一出渣口处半径,玎=o.101m: r2一转鼓内半径.rz=0.16m: g一重力加速度,取9.8m/s2;
计算得:,户12.32kW。
10。3m3/s;

(5.7)

A一考虑内部物料搅动及其与转鼓的摩擦而消耗的能量系数,本文取1.1;

(3)轴承摩擦消耗功率 轴承摩擦消耗的功率主要考虑了不平衡动载荷的影响,其计算式为(5.8):

与=等慨西+P:dz)
其中,不平衡引起的动载荷大小按式(5.9)进行计算:

(58)

尸:—Goa—J2e


(5.9)

式中,,一轴承摩擦系数,对于滚动摩擦取0.005-4).02,本文取O.02;
。一转鼓加速度,取471.24rad/s: p,,刃一分别为两轴承在不平衡动载荷下承受的载荷; 西,兄—分别为两轴颈的直径,西=8.5×lO-Zm,d2=5.O×lO-2m: GD一转鼓与物料总重量,估算为:156kg;

P一偏心距,依参考文献[1】,取e--O.7×10。3re,rz--O.16m,
g一重力加速度,取9.8m/s2; 由式(5.9)求得,P=395.914kg;
取两轴承受动载荷为:pl=p2=P/2=197.957kg;

由式(5.8)计算轴承消耗功率为:/'3=1.24kW。 (4)转鼓及物料与空气摩擦消耗功率 由于离心机工作时,转速较高,所以转鼓及物料与空气摩擦消耗的功率不能忽略。 按式(5.10)进行计算:

只=113×10-6p3Ht03k4+胄14 J

(5.10)

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式中,p,一周围气体介质密度,对于常压下的空气取为1.3kg/m3; 曰一转鼓长度,本文取O.75m:

。一转鼓加速度,取471.24 tad/s;
勘一转鼓外半径,对于柱锥形,取几何平均值,R,r--0.137m; 胄,一转鼓内液面半径,R,=O.700X0.16m=O.112m; 由式(5.10)计算转鼓及物料与空气摩擦消耗功率为:—=o.59kW。 (5)输渣功率 输渣功率在差速器中有部分平衡,外部输入功率按式(5.11)进行计算:

只:—MA—w


102

(5.11)
kgm:

式中,M一推料转矩,有优化一章已求得,M=77.143 4Ⅳ—转鼓与推料器的转速差,取1.047 md/s; 由式(5.11)计算得:Ps=0.79kW。 (6)离心机所需驱动功率

离心杌所需总的驱动功率主要分为两个阶段计算,其一是起动阶段,其二是平稳运
行阶段: 起动功率为:尸号P—P扩P尸8.8kW

运行砒需功率为:P’=P寸P寸P—Pfl4.9kW 加速物料功率是按照计算的最大生产能力3.637X 103m3/s(即13.093m3/h)来求解 的,实际运行中最大生产能力为3m3:h,所以实际的运行功率将要小于14.9KW,因此, 本论文中选择的主电机为Y160L-2,其功率为18.5KW,额定转速为2930r/rain。辅助电 机的选择只需满足输渣功率即可,本文中选择Y132SI-2电机,其功率为5.5KW,额定
转速为2900r/rain。

5.4本章小结
本章主要完成了设计样机的生产能力和功率计算。其中生产能力计算主要从以下两 个方面进行考虑:一是按悬浮液流量计算生产能力;二是按输渣效率计算生产能力。通 过计算结果与设计要求的比较,说明本组离心机参数满足生产能力设计要求。功率的计 算考虑了启动,加速,正常运转等多种因素的影响。在本章最后,依功率计算结果选择
了驱动电机。

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6离心机控制系统设计
6.1调速方案设计
本螺旋卸料沉降离心机用于细小固相物和液体的分离,由于固相物大小的不确定性 (本章之前固相物取最小粒子尺寸),要求离心机在不同尺寸颗粒下有不同的转速和转 速差,在固定分离因素下能恒速度运转,并且要求调速方法简单,方便。因此,本论文 提出了上位机实时调速方案,可以做到一定范围内的任意速度和速度差调节。该调速系 统由PLC和PC机共同组成,PLC主要负责信号的控制和处理工作,PC机完成速度和 速度差的设定及相关数据的显示工作。两电动机的转速通过变频器来控制,变频器直接 与PLC的D/A模块通讯,读取模块的电压输出值,从而根据电压值的大小来调节转速。 同时,在电机侧装有编码器,将输出信号返回PLC,经PID调节后输出信号,提高了系
统的控制精度。 6.1.1总体控制方案 本控制系统以PLC为核心,所有的逻辑处理,数据处理及PID调节都有PLC来完

成。由于PLC本身没有可视化的人机交互功能,因此,速度调节和显示功能交由上位
机(PC)来完成,上位机程序采用可视化软件Visual C++6.0编写,调速方便,简单。

为了提高转速差的控制精度,本系统采用半闭环控制方式,在两电机轴上安装旋转编码




图6.1离心机总体控制方案
Fig.6.1 Control scheme ofthe eenlrifuge

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进行速度反馈,然后将偏差信号进行比例,积分和微分变换处理,即PID调节。这样一 来,既能消除静差,改善系统的静态特性,又能加快调节过度过程和提高系统的稳定性, 改善系统的动态特性。其总的控制方案如图6.1所示:
6.1.2

PLC与变频器通讯

PLC的CPU单元通常不直接与变频器通讯,而是通过其扩展的DA模块来发送控 制信号给变频器。本控制系统中选用的PLC为欧姆龙公司的产品CPlH-X40DT-D,与 其兼容的DA模拟量扩展单元是CPMlA-DA041(1/6000分辨率),模拟量输出点数为 4点。当DA模块与CPU单元通过FO连接电缆连接后,需要做好如下工作才能发送数
据给变频器:

(1)输出通道分配 CPMlA-DA041模拟量输出单元的通道分配与其他扩展单元或扩展I/O单元一样, 从分配给CPU单元或前一个扩展单元或扩展FO单元的最后一个通道开始。当“n”为 最后一个通道时,输出通道的分配如图6.2所示:
cPMl^-DA041

模拟量输出单元

图6.2
Fig.6.2

0/A模块通道分配

A∞ign channelfortheD/Amodule

本控制系统中,在CPMlA-DA041模拟量输出单元之前没有其他扩展单元,只有 CPU单元,分配给CPU的最后通道是101通道,因此,在本文中通道以取为101,模
拟输出从通道102开始往后排。 (2)设置输出信号量程

要使模拟量输出单元能够转换数字量为模拟量就必须先设置好量程,在模拟量输出 单元中,量程的设置是通过软件编写量程控制字来实现的。模拟量输出各量程控制字的
设置如表6.1所示:

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表6.1量程控制字设置
Tab.6.1 Initialization output range for the D/A module

其具体的操作是:在程序执行的第一个扫描周期,把量程控制字写入模拟量输出单 元的输出通道(升1,肿2),详见图6.3。

15 n+1 1 O O 0 O 0 0

8 O

















#蝴出2
15
n+2 1 8 7

榜巍l输出1




























模拟输出4 模拟输出3

图6.3
Fig.6.3

D/A模块输出量程设置

Setting output range for the D/A module

本论文中依变频器输入要求,采用0-10V电压控制,选择模拟输出l和模拟输出2, 因此,肿1通道写入量程控制字8099H(十六进制数),肿2通道写入量程控制字8000H, 即在第一个扫描周期,用MOV指令将十六进制数8099H和8000H分别写入102和103
通道。

(3)连接模拟输出设备 CPMlA-DA041模拟量输出单元与变频器之间采用屏蔽双绞线相连,通常需要将接 线与电源线隔离,具体接线参考图6.4。本论文中只需将模拟输出l和模拟输出2按照 图6.4要求将电压输出接入变频器的相应的输入引脚(13引脚)即可。 (4)编写控制程序 编写模拟量输出梯形图程序时,需要注意两点,其一是量程控制字必须在第一扫描 周期中完成,一旦量程控制字被指定,模拟量输出单元就开始转换模拟量:其二是模拟 量输出执行条件成立时,各输出通道内的值将作为转换数据进行处理,模拟量控制字将

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不再起作用,也就是说在模拟量输出过程中,量程是不能再改变的,除非PLC停电后
重新启动。

图6.4 F培6.4

D/A模拟输出配线

The connection layout ofthe D/A module

6.1.3

P1.t)与上位机通讯

PLC与上位机(PC机)之间为单一设备之间的通讯(即点对点通讯),并且通讯 距离短。PC机主要负责转鼓转速和转速差的设定,以及从PLC读取实际的转速值数据, 对传输的速度没有太高的要求,因此本系统中选择RS232串行数据接口标准,同时, CPlH系列PLC也支持该标准。 PLC与上位机通讯过程中,虽然PLC可以具有优先权启动通讯,但一般不使用这 一方法,而采用上位机具有优先权,向PLC发送命令启动通讯,PLC自动返回响应的 通讯方式。计算机在与PLC通讯时,首先必须对通讯端口进行初始化处理,其初始化 参数必须与PLC的通讯参数相同。计算机与PEG之间采用主从应答方式,计算机始终 具有初始传送优先权,根据需要向PLC发出读写命令;PLC处于被动状态响应上位机 的命令。上位机读数据时通过通信13向PLC发出读数据命令,PLC响应命令并将数据 传回上位机,上位机通过读通信口即可取得所需数据;写数据时,上位机通过通信口向 PLC发出写命令及数据,PLC即可接收142】。通讯过程中,如果数据传输出错,则PLC 会返回错误信息代码。对于每一帧数据,上下位机都做FCS校验,以保证数据传输的正 确性。PIC与PC机之间的通讯实施具体包括如下几个方面:
(1)通讯设置 PLC与上位机通讯时,遵循PLC标准通讯设置:波特率为9600,l位起始位,7 位数据位,2位停止位,采用偶校验。因此,在上位机通讯端口初始化化时也应当设置 成相同的参数值。

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(2)上位机通讯控件
MicrosoR公司为简化Windows下串行通讯编程而开发了MSComm控件,它为应用

程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。该控件实用性强,功能完善,参数设置 方便,并且编程也非常方便,不必花很长时间去了解复杂的APt函数,并且很容易加载
到Visual c++6.0开发平台上,因此本论文中采用了MSComm控件作为通讯控件。

MSCowan控件提供两种处理通讯的方式:事件驱动方式和查询方式。事件驱动通 讯是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。每当有事件发生时,就会响应 OnComm事件并执行其处理函数。相比查询方式,在该方式下程序响应及时,可靠性高, 因此在本上位机软件编程中选用了事件驱动方式。 能否与下位机交换数据,MSComm控件初始设置非常重要,其设置项目主要包括: COM口的选择,数据的传输格式(二进制或文本形式),输入输出缓冲区大小,触发 事件前接收的字符个数,波特率等参数。当然。最后还得把COM口设为打开状态才行。 本论文中各参数设置如下: ①设置串口为COM口1:SetCommPort(1); ②设置数据输入模式为二进制形式:SetlnputMode(1): ③设置输入缓冲区大小为1024个字节:SetlnBufferSize(1024)r ④设置输出缓冲区大小为512个字节:SetOutBufferSize(512) ⑤设置波特率等通讯参数:SetSettings('9600,e,7,2’'): ⑥设置触发事件输入的字符个数为1:SetRThreshold(1); ⑦设置触发事件输出的字符个数为l:SetSThreshold(1):

⑧打开串口:o咄ortOpen();
(3)通讯协议 PLC软件中提供了Host Link通讯方式,并且给出了该方式下的通讯协议格式,因

此,上位机软件也采用此格式。虽然在不同的数据处理要求下,数据帧长度会有所不同, 但总的协议格式大致由四部分组成:起始标志@,数据内容,FCS校验码,以及终止符 (++cR)。具体的(读)数据帧及其相应的响应格式如图6.5所示。 图6.5(a)为上位机准备读PLC数据时需发送的数据帧格式,其中包含了预读数据所 在单元号,读信号标志,起始字,读取的字个数,FCS校验码以及帧结束符。图6.5(b) 为图&5(a)的响应代码,由PLC自动回复给上位机,其中End code中包含了命令执行结 果,如错误状态等。其他消息帧格式(写数据,PLC模式设定等)也大致同上。

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(b)
图6.5数据通讯格式
Fig.6.5
The format ofthe data communication

6.2下位机软件设计
6.2.1基本控制要求

依据实验室环境下的离心机调速要求,下位机系统应当具备如下几个方面的功能:
(1)主从速度可调

由于本控制系统的速度设置由上位机完成,因此,对于PLC端的要求是:初始化 启动速度;分配速度设定值地址;将设定速度发往变频控制器。
(2)具备速度反馈及处理

速度反馈由旋转编码器来完成,因此要求PLC能够接收由编码器发送过来的脉冲 信号,并转换为可处理的数字量;同时,还要求PLC能够利用反馈的信息进行速度调
节和处理。 (3)异常情况处理

异常情况处理由PLC单独完成,异常报警内容主要包括变频器运行异常及不能正
常启动等。因此,要求PLC时刻监视变频器的运行状态,当出现异常时,能自动做出 急停动作,并且发出报警指示信号。 (4)待显参数的准备

重要的显示参数主要包括设定的离心机转速及转速差,当前反馈的实际转速等。参 数显示工作由PC机完成,PLC只要分配相应的地址供PC机访问即可。
6.2.2

PLC程序流程图

CPlH系列PLC提供了子程序编程方法,子程序编程最大的优点就是能使程序结构
紧凑而简洁,不同的子程序处理不同的任务,类似于模块化编程。用户子程序一般由3

部分组成:子程序调用语句,子程序体和子程序返回语句。子程序返回语句只能从子程

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序返回到主程序,不能够从子程序返回到子程序,因此不能直接进行子程序的嵌套[431, 这也是子程序编程的不足之处。本论文中不存在子程序嵌套的要求,因此采用子程序编 程是可行的。根据控制要求,PLC程序分为如下几个子程序:上位机通讯子程序,PID 调节子程序,故障处理子程序和脉冲计数子程序。上位机通讯子程序主要完成PLC与 PC机的数据交换工作,包括从PC机读取速度的设定值,将反馈回的实际速度值准备上 传给PC机,以及其他数据传递任务;PID子程序的主要任务是将编码器反馈回的实际 速度测量值与设定值的偏差值进行PID计算,并重新调整控制值的大小,达到快速,稳 定调节转速的目的;脉冲计数子程序负责由旋转编码器反馈回来的脉冲信号处理工作, 包括将脉冲个数转换为速度值,不同进位制数据之间的转换,将数据写入特定的地址以 供其他程序读取等等;故障处理子程序的作用是防止意外事故的发生,当有异常事件发
生时,做出电机停止及报警指示等反应。具体的PLC流程图如图6.6所示:

图6.6
Fig.6.6

PLC程序流程图

The flow chart ofme PLC programme

6.2.3速度反馈信号输入

主电机和辅助电机转速由E682.CWZ6C旋转编码器以脉冲信号方式返回给PLC, CPlH-X40DT.D可编程控制器带有四个高速计数器,可以直接接收脉冲信号。两台电机 均需信号反馈,因此PLC中需启用两个高速计数器,本文中选择高速计数器0和高速 计数器l。旋转编码器与PLC连接时应当做好如下几个方面的工作:
(1)高速计数器端口地址分配

cPlH—x40DT-D可编程控制器内置四个高速计数器,对于不同的高速计数器,PLC 分配了不同的固定通道位,如表6.2所示,通常被作高速计数器使用的通道位不能再作 为其他通用输入,输入中断,脉冲接收输入来使用。

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表6.2高速计数器通道位分配
Tab.6.2
Assign channel for the high speed counter

(2)高速计数器参数设置 计数器参数设置内容主要有:计数器输入模式,数值范围模式以及复位方式。计数 器输入模式主要有相位差输入,脉冲+方向输入,加减法脉冲输入以及加法脉冲输入。 本文中两计数器输入模式都选择加法脉冲输入:数值范围模式主要指线性模式和循环模 式两种类型,在线性模式下,输入脉冲在下限值和上限值范围内进行计算,而循环模式 下,脉冲计数会在设定范围内循环进行,如计数值从计数值最大开始相加,则归0后再 继续加法计数,如计数值从0开始相减,则先变为最大值再继续减法计数,考虑到每次 读取脉冲数后高速计数器就复位了,本文中没有必要设为循环计数模式,因此两高速计 数器都设为线性模式;复位方式有两种:Z相信号+软复位,仅软复位,本论文中选择 软复位,该方式编程简单,方便。综上所述,应在CX-Programmcr软件中设定如下PLC
参数(具体参数设置界面见附录C):

⑦将PLC系统设定[高速计数器0使用/不使用】设定为【使用】; ⑧将PLC系统设定[高速计数器0脉冲输入方式】设定为【增量脉冲输入】; ⑨将PLC系统设定[高速计数器0数值范围模式】设定为线性模式; ⑩将PLC系统设定[高速计数器0复位方式】设定为软复位; ⑩将PLC系统设定【高速计数器1使用/不使用】设定为【使用】; @将PLC系统设定[高速计数器1脉冲输入方式】设定为【增量脉冲输入】; ◎将PI_C系统设定【高速计数器l数值范围模式】设定为线性模式; @将PLC系统设定【高速计数器l复位方式】设定为软复位;
(3)编码器与PLC通讯线路连接

本论文中选择E682.CWZ6C编码器,可以与CPlH系列PLC高速计数端口直接相
连,其连接方法见图6.7。

主电机上的编码器直接连高速计数器0端口,即主电机上的编码器A,B,z三相
分别连PLC的O.08,O.09,0.03三个通道位。同样,辅助电机上的编码器A,B,Z相 分别连PLC上的O.06,O.07,0.02通道位,并且PLC的COM端和编码器的正极端共同

接至24V电源正极。

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图6.7编码器与PLC接线图
Fig.6.7
The connection layout be栅veen coder and PLC

6.3上位机软件设计
6.3.1

多线程编程技术应用

上位机软件在Visual C++6.0平台上开发,该平台支持多线程编程。线程是指进程

的一条执行路径,它包括独立的堆栈和CPU寄存器状态,每个线程共享所有的进程资 源,包括打开的文件,信号标志及动态分配的内存等。一个进程内的所有线程使用同一 个32位地址空间,而这些线程的执行由系统调度程序控制,调度程序决定哪个线程可 执行以及什么时候执行线程。线程有优先级别,优先权较低的线程必须等到优先权较高 的线程执行完任务后再执行[删。本论文中除主线程外,还创建了一个预处理数据的辅助 线程(以下简称预处理线程),其生命周期及与主线程的关系如下:
(1)线程的创建
Visual C.H

6.0支持Win32方式和MFC类库方式的多线程编程,两种方式下的编程

原理是一样的:进程的主线程在任何需要的时候都可以创建新的线程;当线程执行完任
务后,自动终止线程;当进程结束后,所有的线程都终止。本文中采用了Win32方式下 的多线程编程,创建线程函数如下:
HANDLE CreateThread


LPSECLrRITY—ATIRIBUTES lpThreadAttributes,

DWORD dwStackSize,

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LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,

LPVOID lpParameter,

DWORD dwCreationFlags, LPDWORD IpThreadId );

其中,lpThreadAttn'butes指定了线程的安全属性,dwStackSize指定了线程的堆栈深 度,lpStartAddress为线程的起始地址,lpPara=meter指定了线程执行时传送给线程的32 位参数,dwCre:a£ionFlags是线程创建时的状态,lpThreadId指向一个DWORD变量,可 返回线程的m值。本文中,创建预处理线程的代码如下:
If

(NULL气Protocal
REATE

handle--CreateThread(NULL,0,ProtocalThread,(LPVOID)mywnd,C

SUSPENDED,NULL))



MessageBox("刨建预处理线程失败!请重新启动软件!”); CreateThread()函数中的第五个参数设置成了挂起状态(CREATE_SUSPENDED), 因此,线程创建后并不马上执行,而是等到ResumeThread()函数调用后才开始启动。
(2)线程的挂起与恢复

预处理线程在开始初始化的时候就已经挂起,因此,要启动这个线程,必须调用
ResumeThread0 J甄数,本文中启动线程函数编写在MSComm控件的事件响应函数中,

一旦接收到下位机的数据,立即启动预处理线程。另外,在该线程函数结束处调用了 SuspendThread()函数,即将自身线程挂起,这样以来不仅可以避免线程的终止,而且还 能节约系统的运行时间。 (3)线程的终止 通常情况下,当一个线程的函数返回后,线程会自动终止。如果要在线程的执行过
程中终止它,则可以调用函数:VOID ExitThread(DWORD dwExitCode)。本文中预处理 线程函数完成相应工作被挂起,在整个程序周期中都不终止,直到进程结束。 (4)预处理线程与主线程关系

预处理线程的主要功能是完成数据的校验工作,其最终返回给主线程的信息主要有 两个,一是数据帧出错,二是接收的数据符合通讯格式。当数据出错时候,抛出出错消
息给主线程,要求主线程重发数据(连续重发次数不超过3次);当接收的数据经FCS

检验合格后,发出数据接收完毕信号给主线程,并且将接收到的数据保存在指定的数组 中,为进一步的数据处理做准备。预处理流程及其与主线程的关系分别如图6.8和图6.9
所示。

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图6.8数据预处理流程图
Fig.6.8
The flow chart ofthe prilIlal data processing

图6.9上位机软件线程关系图
Fig.6.9 The relationship ofthe different threads

6.3.2上位机程序结构

考虑到功能需求和作用,上位机软件大致可分为如下几个模块:数据读取模块,数 据预处理模块,数据显示模块以及错误数据处理模块。各个模块的具体职能如下:
(1)数据读取模块

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该模块的主要任务是完成数据的读取工作,这也是后续处理的前提和保障。本文中
在Visual C.H6.0平台上加载了Microsoft公司的MSComm控件,利用事件驱动方式来

响应下位机的数据传送,当下位机有数据传送上来时,控件就会触发相应的处理函数。 能否正确的接收到数据,控件的初始设置非常重要,在本章第一节中对控件参数设置有
详细的说明。

图6.10上位机软件流程图
Fig.6.10 The flow chart ofthe software

(2)数据预处理模块

数据的预处理是在单独的一个线程中完成的,该线程的启动依赖数据的接收。预处 理模块的主要职责是监视每一帧数据的正确性,确保其严格按照通讯格式传输。预处理 工作在整个数据处理过程中扮演了很重要的角色。并且长时间运行,要求相应程序结构 紧凑,鲁棒性强,因此本文中引入了状态机技术。状态机技术不仅解决了程序代码繁杂, 结构松散等问题,而且提高了程序的稳定性和可靠性。状态机技术在通讯协议栈中的编
程应用将在后续章节有详细的讨论。 (3)数据显示模块

数据显示的作用主要是为了方便操作者观察电机的实际运行情况以及当前的参数 设置。该模块的主要职责是将发送或接收的数据值以数字量形式反馈给操作者,并且实 时刷新数据内容。

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

(4)错误数据处理模块

串行通讯中,难免会出现数据的丢失,干扰等问题,因此在上位机软件中设置了容 错处理机制。在本论文中,接收的数据主要用于界面显示和观察,因此,少量的数据帧 出错是许可的,系统具备一定的容错能力。当接收的数据帧格式不满足通讯格式时,抛 出数据错误消息,要求主线程重新发送数据内容,如果连续重发次数达3次,则认为通 讯线路出现问题,此时停止数据的传输,并且弹出警告对话框,要求用户做相应处理。 综合考虑以上模块的功能和要求,以及各个模块之间的数据交换和内在联系,制定
了上位机的软件流程图,详见图6.10。

图6.i1上位机软件操作界面图 Fig.6.II
Operating imer蠡∞ofthe software

6.3.3操作界面编程

上位机软件操作界面应当方便操作者使用,能够方便查看离心机的转速情况,并且 要具备速度设定输入功能。本上位机软件界面分为发送区,通讯参数设置区,数据显示 区。其中,发送区主要提供速度设置文本框,并能将用户的设定值传送到PLC系统, 其主要工作是数据的转换和处理,以及数据的发送;通讯参数设置区提供给操作者设定 通讯相关参数,包括波特率,奇偶校验等。数据显示区内是转鼓和推料器的设定转速和

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实际转速的数字量显示,同时显示上一次发送和接收到的字符信息。操作界面具体内容
如图6.11所示。

6.3.4软件的实时性和可靠性测试 上位机软件的核心功能在于对数据类指令的正确接收,处理和回复。经过逻辑分析 仪测试,从下位机发送出数据帧消息到PC端软件处理完消息并做出响应,总共耗费时 间小于lOms,能很好的满足实时性要求。经多次调试,本软件可靠性较好,能持续正
常运行68小时以上。

6.4上位机通讯协议栈设计
6.4.1状态机技术的引入

上位机和下位机以一定的通讯协议形式进行数据传输,通讯过程需要对数据进行打 包、解包和校验等多种顺序操作,相应的也要求协议软件能对收发的数据依次进行相关 处理,从而表现出数字通讯中的多阶段性特征,为了满足分阶段处理通讯数据的需要, 本文引进了状态机技术。并且,由于状态机能以模块化支撑协议,因而在数据通讯协议 栈处理技术方面扮演着越来越重要的角色。Switch/Case语句虽然也能完成分阶段处理数 据的任务,但它是一种内联性很强、病态耦合的编程技术,是~种简单初级的逻辑表达 式,因此不易做到模块化、灵活的可扩充性和可移植性,至于鲁棒性就更差了。现代软 件技术讲究松耦合、可移植,可快速扩充,并要求安全可靠。而状态机的实现正是基于 这一思想而发展的。当要在状态机中增加新的状态与控制逻辑,在状态表中修改即可, 甚至可以动态修改,C++的指针完美的支持这一点。在状态变化不是很复杂的情况下,
这是一种非常可取的方法。 6.4.2状态机技术简介

状态机(有限状态机)是一种具有离散输入输出系统的模型。任何时刻它都处于一 个特定的状态,状态的转换依赖于系统所接收的事件。当在某状态下有事件发生时,系
统会根据输入的事件和当前的状态做出反映,从而决定如何处理该事件以及是否转换到

下一状态[451。 状态的触发事件通常由外部信号来完成,当有效的触发事件发生时,便进入下~状 态(当然也可以不发生状态转移),同时完成本状态的具体任务,直到所有状态完成, 再回到初始状态。当某一状态出现异常时,也返回初始状态,等待下一触发事件的出现, 如此反复循环。

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

状态机通常有两种表达方式:状态表和状态图。 在图6.12所示简单状态图中,当状态机处于状态1时,完成动作l;事件1可以触 发状态机跳转到状态2,以执行动作2;同样,事件2也可以触发状态2的转移,从而
又回到状态l。图6.12所示状态和转移都很简单,真正的状态机比它要复杂的多。

图6.12状态事件图
Fig.6.12 Themap ofthefinite statemachine

与图6.12相对应的状态表如表6.3所示,其中,大括号内为当前状态动作和下一状 态,空格表示在此状态下,此事件无效,即不能触发状态的转移,当然也不执行任何动
作。

表6.3状态事件表
Tab.6.3
The table ofthe finite state machine

6.4.3状态机技术在协议栈中的编程实现 要运用状态机技术来编写协议栈软件,首先必须充分理解数据通讯协议格式,其次 需要提取协议中各个阶段的状态及触发信号,从而制定状态表,然后将状态表内容引入 到c++类中,建立单独的协议栈类,最后在预处理线程中定义协议栈类的对象即可启动 状态机。具体过程如下: (1)通讯协议格式分析 上位机和下位机的数据通讯格式如图6.5所示,通过分析各数据帧格式,得出如下 结论:第一,每一帧数据都由@符号开头,也就是说在数据通讯过程中,收到@字符表 示新的一帧数据传送已经开始,换言之,在没有收到@字符之前,不启动数据的解包过

60一

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程;第二,每帧数据的结束都是“?”和“CR”两个字符,连续接收至Ⅱ这两字符表示一
帧数据传送完毕;第三,结束字符前为FCS两位校验码,其位置固定;第四,界于起始

字符和校验码之间的字符为数据内容,数据的长度因操作命令的不同而不同,因此根据
数据长度及头代码(Header code)即可判断命令类型;第五,每一帧数据都可分为三个

状态:开始状态,数据记录状态,数据校验状态。
(2)状态表的制定

通过以上的分析,可定义每一帧数据有三个状态:开始状态(BEGIN),数据记录 状态(DATA),数据校验状态(CHECK),而每一个接收的字符视为触发信号,并定义
不同的信号名称,如将@字符定义为AITA SIG信号,CR字符定义CR SIG信号,数 据内容统~定义为DATA SIG信号等等,从而通过不断接收字符来触发状态的行为和

转移,使状态机循环工作下去。具体的状态和触发信号见表6.4。
表6.4数据通讯协议栈处理状态表
Tab.6.4 State table for communication protocol stack programme

表6.4中各函数的作用说明以及符号定义如下:
动作说明: DoClear() DataAdd<) DoFCS() 信号定义:
ATIA

,,完成初始化工作;DoError() //数据累加;DoNothing() ,/完成数据帧的校验工作;DoFinish()

//清零工作;
∥不做处理:

//数据帧完毕

SIG:接收到@字符;

OTHER_SIG:其他信号(其他字符)
CR—SIG:

STAR_SIG:接收到字符‘?’;
状态定义:

接收到字符‘CR’,即回车字符;

DATA_SIG:接收到数字‘1-9’,字符‘A-F’或‘a-f'; BEGIN:开始状态;DATA:数据记录状态;CHECK:数据校验状态;

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(3)状态表在软件编程中的实现
上位机软件用Visual C-H 6.0编写,c++语言基于面向对象编程(OOP)思想,而

状态机的核心机制是行为继承,超状态的行为能很容易被子状态所继承,这与OOP模 式很相似。鉴于此,可以利用c十+的类来表现状态行为,即将状态行为嵌入到C++类中, 从而在Visual C++平台上可以很好的运行状态机。本状态表的实现就是利用的这一机制, 父类封装了抽象的状态转换和当前状态行为,子类实现具体的状态行为和状态转换。详 见如下核心代码。 父类(StatusClass类)部分核心代码如下:
typedefvoid(StatusClass::*Action)();
struet

//定义成员函数指针

Translate

,/定义内层结构转换
//抽象的行为动作 //抽象的下一动作


Action action;

unsigned nextStatus;

);
void StatusClass::dispatch(unsigned
const

sis)

//状态行为和转换


register Translate

eonst*t=rnyTablc+mySrate*myNsignals+sig;//查状态表

(tllis->+(t->action))O;
myState=t->nextStams;

};
Void

StatusClass::doNothin90{);//无状态行为的缺省动作 子类(SubStatusClass类1部分核心代码如下:

//定义的信号
enllnl

Event{OTHER_SIG,DATA_SIG,STAR_SIG,CR-sIG,AITA..SIG,MAX_SlG}; State{BEGIN,DATA,CHECK,MAX_STATE}; SubStatusClass::init0{)f/初始化状态机 SubStatusClass::myTable【MAX_STATE][/vlAX_SIG]=

//定义的状态
enum void

∥状态表,包含实际的状态行为和状态转换(此状态表对应于表6.4所示状态和行为)
Status::Translatc const

{ {{&Status::doNothing,BEGIN}, {&Status::doNothing,BEGIN), {&Status::doNothing,BEGIN),

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{&Status::doNothing,BEGIN}, {static_cast<Status::Action>(&SubStatusClass::DoClear),DATA}},
}; (4)状态类的调用

由于状态行为已封装至c++类当中,所以在程序中调用的时候只许需定义一个 SubStatusClass类的对象即可运行状态机。同样,随着对象的销毁,状态机的生命周期 也就结束。在本软件中,数据的通讯协议栈处理是在单独一个线程(预处理线程)中完 成的,而此线程的触发依赖与数据的接收。故当有数据帧接受时便会使预处理线程恢复, 从而启动状态机,实现对数据帧的校验。创建和调用状态类的部分代码如下:
DWORD WINAPI CPlcCommunDlg::ProtocalThread(LPVOID lpParametcr) {
SubStatusClass

myStatus;

/,创建状态类对象

myStatus.init();

//初始化状态机
,,状态机入口

myStatus.De,aIChar(1

SuspendThread(Protocal handle);//挂起预处理线程 ,

6.5本章小结
本章首先根据离心机的调速要求制定了总的控制方案,并详细说明了PLC与变频 器,PLC与PC机的通讯方式;其次,设计和编写了上位机和下位机软件,在下位机软 件中,速度反馈信号由编码器完成,并以高速脉冲方式输入,控制信号采用PID算法加 以稳定和调节,然后由D/A模块进行转换后输出给变频器;上位机软件在Visual
c++6.0

开发环境下编写,采用了多线程编程技术,完成了数据的接收,发送,处理及显示等工 作,人机界面操作简单,方便;最后,介绍了上位机通讯协议栈的设计,其核心思想是
引入了状态机技术,提高了数据通讯的稳定性和可靠性。

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结论
本论文在综合了流体动力学,机械设计,控制理论,软件编程等多项理论技术的基 础上,针对进口立式离心机中的堵渣,转子受力大等常见问题,结合金刚砂固体颗粒提 取的实际需要,完成了立式螺旋卸料沉降离心机的整体结构设计和控制系统设计工作, 得到以下成果和结论: (1)采用支架式排渣结构代替传统的法兰上开出渣口的结构,可以增大排渣量,减 少沉渣淤积,有望解决离心机中的堵渣问题;采用机械密封装置,可以有效的 减少或防止异物进入轴承内,从而间接提高轴承组件的使用寿命。 (2)从理论上分析了离心机运行过程中的内部受力情况,找出了影响离心机受力大 小的因素,以离心机内部轴向力最小,推料力矩最小,效率最大为目标函数, 建立基于多目标的数学优化模型,并进行了优化求解。优化结果与参数分别取 初始点,中间点和终点时的计算结果相比,无论是力矩还是轴向力,都有显著 降低。其中,力矩的最大下降幅度为84.5%,轴向力的最大下降幅度达到88.4%,
同时,出渣效率也达到了91.4%。

(3)借助有限元分析软件,可提前发现设计样机中应力分布不合理的零部件,并改 进其结构;对于推料器初始设计中出现畸变的问题,通过调整螺旋叶片的位置 来减小偏心量,从而改善推料器的受力分布;转鼓壁厚的确定采用试算方法, 找出了壁厚与最大应力(位移)关系,从而选择较合理的壁厚值。 (4)采用上位机(PC机)和下位机(PLC)共同调速方案,PC机软件用Visual c抖 6.O编写,界面直观,友好,操作人员可以方便的进行人机交互;下位机为CPlH 系列PLC,内置四个高速计数器,直接接收编码器反馈的脉冲信号,并进行PID 调节,从而提高系统的控制精度。 (5)上位机软件中通讯协议栈的编写引入了状态机技术,测试表面,状态机在PC 软件中运行稳定,可靠,并且维护和扩展方便。 本文虽然从离心机的整体结构设计到控制系统设计都做了相关的研究工作,但在如 下几个方面还有待进一步的研究: (1)离心机的在运转过程中,不可避免的会产生物料分布不均,结焦等现象,导致 偏心严重,引起离心机振动较大,如何最大程度的减小运行过程中的不平衡因
素意义重大。

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(2)在运转过程中离心机难免会出现温度过高,零部件损坏等问题,如能提前检测 到故障,可以有效的减小事故的发生,降低经济损失。 (3)本文中的控制系统在线调速方案只是针对实验室要求设计的,如何将立式离心 机的生产工业化,还有待进一步的研究和改进。

皇茎堡塑塑塑堕童尘垫塑塑型 ___—●__—●_______●__-__-●__-_-__-●。-_●。_。,_。。’。。‘_‘——’。‘。‘‘。。。’。’———————————————一
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一67.

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

附录A离心机参数求解软件界面图

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附录B离心机参数校验软件界面图

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

附录C

PLC高速计数器参数设置界面图

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附录D立式螺旋卸料沉降离心机装配图








35

34

33 ——

32



大连保丰0形圈
ORG020600一N
35 34 33 32 31

工 SKF轴承坠
7217

上端盖
LLLXJ一34 LLLXJ一33 LLLXJ一32 LLLXJ一31 LLLXJ一30 LLLXJ一29 LLLXJ-28 LLLXJ一27

Q235 ¥45C Q235 ¥45C

SKF轴承
7312 BECAP 3l

小同步带轮

三住TTPL—F 上 三住TTPL-E

BECBJ9

带轮挡环
大同步带轮 调整环

GB70—85 16一M12X30

占塑三堡壅重量
4一BGOMA一40250 10 12 。一 13
14 ●一 15

Q235
Q235 ¥45C CAC406C

GB70—85
8-M12X20

上密封环 花键轴 花键螺帽 轴承挡环2 套筒
轴承挡环1

上海博格机械密封 BGtⅥfftlO内径35
30 29
28 26 25

海三住TSPRR 三住TSPHB

Q235
Crl8Ni9Ti

LLLXJ一26 LLLxJ一25 LLLXJ一24

Q235
lCrl8Ni9Ti lCrl8Ni9Ti lCrl8Ni9Ti

所紧盘 进料管
下轴承座2 视口挡板

CoBTO一85 8一MIOX30

大连保丰0形圈
0RG020850一N

23

LLLXJ一23
LLLXJ一22 LLLXJ-21 LLL)盯一20

外购

大连保丰0形圈
16

21

1Crl8Ni9Ti Q235 ICrl8Ni9Ti lCrl8Ni9Ti 1Crl8Ni9Ti


17

0RG030975一N

大连保丰0形圈
2一ORG020710-N

19 18 17

LLLXJ一19

LLLX3—18
LLLXJ-17

下支撑座 下轴承座 排渣盘

18 19 27

SKF轴承
2—7210 BEGAP

16

上海博格机械密封 10内径45
20 2l GB70—85 8—射12X35 22

一GB/T 812—1988

2州50X1.5
—26

sKF轴承

BEcBP 252—7216 ——GB/T 812-1988 24 2-M80X2

连保丰0形圈
ORG020800-N

剖面B-B

技术要求 片依需要进行打磨

立式螺旋卸料沉降离心机的研制

攻读硕士学位期间发表学术论文情况
[1]张腊明,佟宇.状态机技术在数据通讯协议栈中的编程应用.现代电子技术(已录
用).属于学位论文的第6章第4节内容。


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本论文是在佟宇高级工程师的悉心指导下完成的。在研究生学习生活期间,佟老师 所创造的开放和宽松的学习环境给了我良好的成长空间;他严谨的治学态度和细致入微 的工作作风使我在课题的研究过程中受益匪浅。在论文即将完成之际,谨向佟老师表示

深深敬意和最真诚的感谢。 感谢阳明盛教授和杨睿老师在优化设计研究方面给予的耐心指导,感谢王永青老师
在控制系统设计方面提供的无私帮助,感谢裴经曼师兄一直以来的帮助和关心。 感谢教研室的师兄,师姐,师弟,师妹们的启发和支持,不但助我完成了研究生学 业,而且令我度过了一个美好而充实的研究生阶段。 感谢同寝室的兄弟在学习生活中的热情帮助和鼓励,感谢机四班全体同学陪伴我度 过的点点滴滴,我将铭记在心。

立式螺旋卸料沉降离心机的研制
作者: 学位授予单位: 张腊明 大连理工大学

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1226805.aspx


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