水泥辊压机磨辊表面形态设计及其耐磨性与破碎性研究

【摘要】水泥辊压机磨辊表面形态设计及其耐磨性与破碎性研究在环境、能源、气候等问题备受关注的国际大背景下，节能降耗、发展低碳经济已成为当前全球性共识。水泥在我国快速工业化和城市化进程阶段，起着至关重要的作用，建设低碳环保的绿色中国对水泥行业的技术水平提出了更高的要求。水泥生产过程由矿石制成水泥要经过“矿石破碎—矿石粉磨—煅烧—熟料粉磨”等多道工序，每一道工序的粉磨工作都要由耐磨材料来完成。在实际生产中，有些耐磨材料制品由于寿命过短、频繁地更换、增加停机时间所造成的损失远远高于高性能耐磨材料的价值。磨损造成了巨大的经济损失甚至引发重大事故，而且部件的频繁更换严重影响和制约了水泥的生产。水泥生料、熟料的粉磨是水泥生产过程中的两个重要环节，根据水泥行业协会统计数据，水泥的综合电耗中有60~70%用于粉磨，而其中的97%又做了无用功，能量利用率极低。如何提高辊压机核心工作部件的耐磨性和提高物料的粉磨效率是水泥生产企业面对的技术难题。本文受生物耐磨体表结构形态的启发，从仿生学角度对辊压机磨辊表面形态进行设计及优化，并对其性能进行研究。借鉴一些生物如步甲、穿山甲、蜥蜴和潮间贝类等表现出的耐磨损特性，依据仿生耐磨理论对磨辊表面结构形态进行设计，探求磨辊表面形态与其耐磨性和破碎性的关系，初步分析仿生凹坑形磨辊的耐磨机理和破碎机理，为解决水泥粉磨过程中遇到的磨损和耗能等难题提供理论支持。具体工作包括以下几个部分：首先，借鉴步甲等生物的体表结构及特性，设计加工了带有仿生凹坑形结构的磨辊，完成了磨辊的磨损试验，探求出各因素对耐磨性影响的主次及相应的回归方程；其次，利用ANSYS有限元分析软件，对磨辊进行结构分析，获得应力应变分布状态，结合其分布特点以及磨辊的结构等特点初步分析了仿生磨辊的耐磨机理；再次，采用试验优化设计法确定试验方案，完成磨辊的颗粒破碎试验，通过极差分析法分析各个因素对破碎性能的影响，再通过多元线性回归分析法获得了回归方程；最后，利用ANSYS/LS-DYNA软件对磨辊进行显示动力学分析，模拟物料破碎过程，获得物料粉碎过程中不同磨辊对物料的最大挤压力，同时利用高速摄像完成了凹坑形磨辊的单颗粒破碎试验，将两者结合初步分析了仿生磨辊的破碎机理。
【作者】滕凤明；
【导师】丛茜；
【作者基本信息】吉林大学，农业机械化工程，2014，硕士
【关键词】磨辊；仿生；凹坑形；耐磨；破碎；

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