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          關鍵詞:湘潭通用離心機

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          三足式沉降離心機的計算機輔助設計

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          三足式沉降離心機的計算機輔助設計

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            離心機通常是指利用離心力來達到固—液,液—液,液—液—固分離操作的機械。主要用于脫水,濃縮,分離,澄清,凈化及固體顆粒分級等工藝過程,它廣泛應用于各個工程領域。
            三足式離心機是應用最為廣泛的離心機。其適用范圍廣,對物料的適應性強。其數量占各種分離機械總和的50 %左右。三足式沉降離心機因其針對的物料不同,常需進行修改設計。
            計算機輔助設計技術是一種新興的設計方法,CAD 技術將計算機的快速性,準確性和設計人員的邏輯思維及綜合分析能力結合起來,將大大減輕設計人員的勞動強度,加快設計進程,提高設計質量。該設計方法已應用于許多機械設計之中,如齒輪減速箱,轉鼓,彈簧等。
            將計算機輔助設計技術應用于三足式沉降離心機的設計之中,從而大大的提高了設計效率,優化了設計參數,為獲得最優化的設計結果提供了可能。
            1  設計任務分析
            1. 1  結構組成
            三足式沉降離心機,由轉鼓、主軸、軸承、殼體、帶傳動組件(皮帶輪及皮帶等) 組成。
            1. 2  初始基本設計數據及數據庫的建立
            三足式沉降離心機的基本參數包括:轉鼓的直徑、轉鼓的工作轉速、轉鼓的一次最大加料量、物料密度、物料固液比、離心機由靜止到達工作轉速所需的啟動時間等。對于這些參數,設計軟件中利用FOXBASE 數據庫管理系統將它們存儲起來,使用時通過字符變量去調用。這樣做使大量的已知數據由計算機自動查詢,減少了不必要的(大量重復的) 人機交互過程,提高了運算速率。
            1. 3  基本設計思路
            基本設計思路是計算機參與設計過程的每個環節,其過程示意如圖1 所示。計算機根據設計人員提出的設計要求和基本原始數據,進行大量而又快速的分析計算優化設計直至繪圖工作。設計人員根據自己的設計經驗來判斷設計結果是否滿足預定的要求,并根據人機對話的方式,提出修改方案的信息,這樣就將傳統的人工計算、人工繪圖的設計過程,用高效的人機組合設計過程所代替。
            對于三足式沉降離心機這樣一個復雜的結構,采用分布驟設計,公用區存儲數據的原則。
            2  設計系統的功能
            通過對三足式沉降離心進行結構分析,確定該計算機輔助設計系統的總功能。包括以下四部分:
            2. 1  離心機轉鼓的最優化設計
            2. 1. 1  目標函數的確定
            離心機轉鼓優化設計的目標函數選為轉鼓的質量。質量為最小,一方面可節省機器造價;另一方面可以降低離心機的啟動功率,降低消耗。
            2. 1. 2  約束條件的確定
            約束條件包括三個方面:
            (1) 應力約束
            σmax ≤[σ]
            σmax為轉鼓的最大應力,它通過軸對稱有限元計算程序得到。該有限元程序已經過轉鼓應變實驗驗證。
            [σ]為轉鼓材料的許用應力, [σ] = min{σS/ ns ,σb/ nb} ,根據所分離物料選擇所需的材質,由此確定材料的屈服極限,強度極限和安全系數。進而確定許用應力。
            (2) 位移約束
            Umax ≤[ U ]
            即所有點的最大位移小于等于允許位移。
            (3) 幾何約束
            又稱為剛性約束。
            V min ≥[ V ]
            2. 1. 3  圖形輸出
            優化設計計算出的參數結果,直觀地用計算機顯示出圖形,并用繪圖機輸出。
            同時,對優化設計出的轉鼓,計算出其各部分轉動慣量,并匯總成總轉動慣量,并將該數據存入公用數據區。
            2. 2  確定電動機功率
            電動機功率的計算,是建立在使整個電動機功率消耗在以下幾方面的基礎上:
            (1) 啟動轉鼓達到工作轉速所消耗的功率。
            (2) 啟動物料達到工作轉速所消耗的功率。
            (3) 轉鼓與空氣摩擦消耗的功率。
            (4) 軸與軸承摩擦消耗的功率。
            計算時調用公用區的數據,最后計算得到的結果需由控制模塊引導到人工判別功能區,與電機樣本給定數據進行判別,從而選擇合適的電機,并將此電機的有關數據再存入公用數據區。
            2. 3  皮帶傳動設計計算及皮帶輪設計
            從公用區中調出必要的電機數據及結構數據,進行帶傳動的設計計算,最后確定出帶的根數、帶中心距和帶對軸的拉力等數據存入公用區,并進行帶輪結構設計,繪制出帶輪結構圖。
            2. 4  軸系統設計計算
            2. 4. 1  軸的設計計算
            按軸的材料和結構要求,調用公用區的部分數據,確定出軸的各部分直徑,精確校核軸的強度。
            2. 4. 2  軸系的臨界轉速計算
            離心機為高速回轉機械,主軸的轉速較高,若主軸的工作轉速靠近軸系統的臨界轉速,則可能發生共振,轉動件與靜止件相碰撞,發生嚴重的事故。應用解析法計算出離心機這一單轉子軸系的臨界轉速,與軸的工作轉速比較判斷是否可行,若不可行,則回到3. 4. 1 節修改軸的結構尺寸,重新校核,直到可行為止。
            2. 4. 3  滾動軸承的選擇與計算校核
            根據載荷和軸的轉速選定軸承,然后運行滾動軸承校核的程序,輸出軸承的壽命。人工判斷是否可行。
            整個設計系統為基本自動設計型系統,主機為內存64M以上的微機,并配有繪圖軟件資源UNIX操作系統。
            3  模塊劃分
            程序系統分為計算部分和圖形部分。計算部分的功能塊見圖2 所示。
            (1) OPTB  轉鼓的優化設計和轉動慣量計算
            (2) MPC  電機功率計算
            (3) GBD  帶傳動設計計算
            (4) GSH  軸系計算
            這些操作在程序系統結構圖中處在第二層,它們的每一塊還可用自頂向下的方法逐步分解為更小的模塊,圖3 以優化設計轉鼓為例,給出了模塊的進一步分解。

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