涡轮分级机虚拟设计与运动仿真研究

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1、涡轮分级机虚拟设计与运动仿真研究本科学生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）随着现代技术的发展，工业应用对超细粉体技术与工艺提出了越来越高的要求，不仅要求粉体超细，而且粒径分布要窄。在粉碎过程中，往往只有一部分粉体达到粒度要求，如不将已经达到要求的产品及时分离出去，而与未达到粒度要求的产品一起再粉碎，则会造成能源浪费和部分产品的过粉碎问题。此外，颗粒细化到一定程度后，出现粉碎与团聚的现象，甚至因颗粒团聚变大而使粉碎工艺恶化。因此，在超细粉体制备过程中必须对产品进行分级，一方面控制产品粒度处于所需的分布范围，另一方面使混合物料中粒度已达到要求的产品及时分离出来

2、，使粗颗粒返回再粉碎，以提高粉碎效率降低能耗。随着所需粉体细度的提高和产量的增加，分级设备的技术要求也越来越高，粉体分级问题已成为制约粉体技术发展的关键，是各国粉体技术中最主要的操作单元之一。目前涡轮式气流分级机是国内矿物加工、建材（如水泥）、化工、粮食加工、食品、医药等行业干法粉体制备系统中最为重要的设备之一。分级机性能的好坏，不但决定着产品质量，同时也明显影响着系统能耗。当前各行各业对粉料的要求越来越高，因而对分级设备提出了更高的要求，不仅要求节能和分级效率高，而且要求成品的颗粒级别满足特定的要求。现代高技术和新材料产业的迅速发展，要求超细粉体加工技术也要与时俱进，不断发展。近年来

3、，国内外关于微细粉体精密分级的应用性研究迅速发展，开发了适合于各种粒径的微细粉体的分级机。然而，我国的超细粉体分级技术面临着巨大的挑战，具体表现为：（1）起步晚、起点低，总体水平与先进国家相比尚有一定的差距，远远不能满足工业生产的需求。（2）超细分级设备发展缓慢，制造工艺落后，精度不高，技术集成度较低，设备配套性能较差。（3）基础理论研究较少，缺少全面系统的理论研究，设计力量不足，研发不够，缺少创造性；实用新型专利多，发明专利少，具有独立自主知识产权的超细分级机少之又少。（4）设备的档次与品牌，尤其是自动控制、机电一体化方面与国外差距过大，加工能力不强，设备陈旧，在国际市场上缺乏竞争力

4、。（5）产品稳定性差，设备缺乏国家标准，没有行业标准。正是在这样的技术背景下，国内新的分级技术与设备层出不穷。就超细颗粒分级而言，通常有干法和湿法两种分级方式。湿法分级因超细产物的脱水与干燥以及废水处理等较难处理的问题，因而应用较少。干法分级，目前大多采用气力分级。干式气力分级技术在目前占居着主导地位，就基本型式可概括为二类：一是内部无回转运动件，仅设置简单惯性结构件。气流在惯性力场和较弱的离心力场中分离微粉。如旋风式、惯性式、通过式、CPC式和GCFC式等，其结构简单,但选粉效率较低（35%—65%）。二是内部设置回转运动件，利用高速回转体上的叶片、撒料盘等产生强大的离心力场对物料进

5、行离散和分选，如MS型、O-Sepa型、TSU型、Sepax型和ATP型等，结构虽复杂，但分级效率高（65%—90%），分级粒径易于调节。粉体机械及装备的传统的研发途径基本上是在借助经验数据的条件下通过几何上的放大或缩小来实现设备规格（如产量等）上的变化，但随着经济的发展，市场对产品规格的需求趋于多样化，单凭经验数据实现产品规格上的变化已远不能满足市场的需求；另一方面，任何设备规格上的变化都必然导致系统发生或多或少的变化，系统的放大或缩小绝非是简单的“几何相似”，这时就要求研究人员对设备系统的内在规律性有一个比较深的把握，从而更好的指导宏观上的设计，并以仿真软件校验新设计，进一步修改满

6、足设计要求。本文就是掌握分级机工艺流程和工作原理的基础上，在PRO/E系统中，深入分析Ø150型涡轮式气流分级机的工作原理及结构特点，建立其三维模型，并进行虚拟装配与零部件干涉检测，优化设备结构，同时对分级机主轴进行应力分析，为提高分级机性能打下基础，最后在3dsMax中完成分级机工作过程仿真。我们知道，计算机仿真技术、虚拟制造技术以其高效率、低成本的优势已在航空航天、汽车、船舶等领域取得了累累硕果，但将虚拟制造、计算机仿真技术和粉体机械及装备设计相结合，在国内还处在尝试阶段，建立在工程数据和虚拟现实技术基础上的数字化产品，不仅为学科的发展提供了新的研究手段，也是今后粉体机械及装备数字

7、化的发展方向。2、基本内容和技术方案涡轮分级机虚拟设计与运动仿真研究：本次设计要求对一单轮分级机，其涡轮（分级轮）直径为Ø150mm的分级机作相应的三维建模，并在此基础上，实现设备的虚拟装配，进行主要零件的应力分析；同时实现该装置的工作过程虚拟仿真。设计的整个涡轮式气流分级机主要由进料系统、排料系统、动力系统、主分级室和二次进风室组成。关键部件涡轮是一个特殊的转子型驱动器，转子的外圆周上安装一定数量的叶片。该分级机设置反冲气套使进入分级机的全部