带式烧结机台车起拱的力学分析及仿真

1、带式烧结机台车起拱的力学分析及仿真    2012-06-11     论文导读:针对带式烧结机台车在尾部回程道的起拱问题,对尾部台车的力学关系进行了分析,得出了带式烧结机台车不起拱条件下的力学控制阀值;利用ADAMS软件,建立了450 m2带式烧结机的虚拟样机且进行了动力学仿真,得出了尾部回程道下台车及台车列力值曲线。 通过力学阀值进.    针对带式烧结机台车在尾部回程道的起拱问题,对尾部台车的力学关系进行了分析,得出了带式烧结机台车不起拱条件下的力学控制阀值;利用ADA

2、MS软件,建立了450 m2带式烧结机的虚拟样机且进行了动力学仿真,得出了尾部回程道下台车及台车列力值曲线。通过力学阀值进行虚拟控制,达到了无起拱目的,证明了阀值公式的正确性,从力学角度揭示了带式烧结机起拱原因。该研究结果可为今后带式烧结机的工程设计及应用提供理论依据。自首台带式烧结机诞生以来,就存在一个缺陷:台车的起拱问题。带式烧结机起拱是台车在由尾部弯道进入水平回程道时,台车后车轮离开下轨面,下台车列呈逐渐减小的锯齿形并向头部星轮运动。起拱现象不仅造成台车端部磨损,降低其使用寿命,还增大了烧结机的漏风率,加大了系统的能耗。长期以来,相关科研人员一直对这种缺陷产生的根源进行研究,并且采用了多

3、种方法来减小并消除这种缺陷带来的危害。本文在前人研究的基础上,从力学角度分析了带式烧结机台车产生起拱的原因,得出了控制起拱的力控制阀值公式。并利用ADAMS软件进行了建模和仿真分析,得出了450 m2带式烧结机下台车及台车列所受推力。利用阀值公式进行虚拟控制,达到了下台车列不起拱的目的,证明了阀值公式的正确性。力学分析起拱现象当台车进入尾部回程道并脱离尾部星轮啮22烧结球团合时,台车后轮向上抬起,台车列呈逐渐减小的锯齿形向头部运动,这种现象叫起拱,如图1所示。台车起拱在运行过程中,由于其自重的作用,会产生下滑或者瞬间冲击下落,造成台车端面及弯道磨损,严重时甚至发生停机事故。图1台车起拱示意图下

4、台车起拱的力学分析图2为台车模型,由于它的结构和受力均相对中心面对称,所受力可以简化为平面力系4,如图3所示。起拱力阀值控制对于奇数齿的带式烧结机,利用(4)式和(5)式可以计算出下台车列正常运行且不产生起拱所需推力Fn的两个阀值范围,通过控制Fn的大小,保证:FTn,minFnFTn,max(6)即可消除下台车起拱计算实例在对450 m2带式烧结机进行阀值计算时,由于单辆台车运行的阻力较小,可以忽略。由于尾部星轮对台车的推力与水平的角度是变化232012年第2期刘克俭等带式烧结机台车起拱的力学分析及仿真的且该角度存在对减小起拱有帮助,在解决起拱时,我们可取压力角为0°,相关参数如表

5、1。FnMR+F>MR(9)M是尾部悬挂台车对尾部星轮主轴产生的总扭矩大小,它是一个变化的值。相对于本450 m2烧结机我们估算57此值大小约为800 000 N·m,R为尾部星轮节圆半径2.068 m。所以:Fn>386847N (10)由以上可以看出,Fn超出了阀值范围,且比最大值大许多。运动仿真3.1ADAMS虚拟样机的建立ADAMS是虚拟样机分析的应用软件,利用这个软件可以建立机械系统的模型,并模拟现实环境下的运动和动力特性。目前虚拟技术已广泛应用到工程中的各个领域。结合虚拟样机可以模拟机械运动和动力的特性。我们将烧结机运动部分建立了虚拟样机模型。根据已经设计出的

6、450 m2工业机参数,先利用UG软件建立带式烧结机的虚拟样机,如图4所示。模型由17辆台车、1个头部星轮、1个尾部星轮和轨道装置构成。为了减少仿真的时间,在不影响仿真结果的情况下,台车的数量及轨道长度都已减小,由于点火装置等对台车的运动无影响,仿真过程中可以忽略。整个系统的约束关系均按实际情况施加。尾部移动架未施加力控制的仿真对尾部移动架没有施加力控制时,台车的运行速度范围为1.54.5 m/min,设计仿真机图4带式烧结机虚拟样机模型速为3.04 m/min,尾部配重重力设为400 kN。通过模型仿真,得到尾部星轮在尾部弯道及尾部回程道对单辆台车的力作用曲线如图5所示。图5a为仿真后的原始

7、曲线,图5b为在原始曲线基础上处理的拟合曲线。从图5b可以看出尾部星轮对单辆台车的最大推力为406 kN,且发生在尾部回程道处。图5尾部星轮与台车力作用曲线下台车列的推力曲线如图6所示,图6a为下台车列推力原始曲线,图6b为原始曲线的拟合曲线图。从图6a、6b可以看出下台车列推力是具有周期性且周期约为32 s,这个和理论计算周期基本吻合,所受推力波动范围在375406kN,均值为387 kN。仿真三维效果如图7所示。可以看出,下台车列有起拱现象。随着下轨面的磨损,起拱现象会越来越明显,而且会对内外轨产生涨力作用,使内外轨道破坏严重。施加力控制仿真基于前面所建立的阀值公式,为证明其正24烧结球团

8、第37卷第2期图6下台车列推力曲线图图7台车仿真效果图确性,我们对尾部移动架星轮主轴施加反力矩(为500 kN·m),设计仿真机速和台车运行速度不变,尾部配重重力设为200 kN,通过样机仿真,尾部星轮对下台车列的推力曲线如图8所示。8a是下台车列所受推力原始曲线,图8b是拟合曲线,且取相邻台车之间的一个运动周期时间。施加力控制后,从图8看出下台车列所受尾部星轮的最大推力值约为171 kN,最小值147 kN,均值约为160 kN。比较图8和图6发现,施加力控制后,下台车列所受推力明显减小。通过仿真效果图(图9)可以看出,下台车列起拱明显消除,从而进一步证明了阀值公式的正确性。随着下

9、台车列所受力变小,有利于减小台车对轨面磨损,提高尾部星轮的使用寿命,也为以后烧结机设计提供了理论依据。结论对带式烧结机起拱的原因从力学角度入图8施加力作用后下台车列所受推力曲线图9台车仿真效果图手,建立了起拱的力学模型和起拱的两个力学阀值,该模型从理论上解释了起拱的根本原因。建立了450 m2带式烧结机虚拟样机,通过动力学分析仿真,证明了阀值公式的正确性。该结果为解决同类型烧结机起拱问题提供了理论依据。带式烧结机台车起拱的力学分析及仿真由表3可知,在爆裂温度以下的预热温度和时间对急速加热时褐铁矿含碳球团爆裂的影响较大。在850下预热4 min后球团无爆裂,800下预热5 min后球团进入高温区亦未发生爆裂,即预热温度越低,预热时间越短,急速加热时球团越容易产生爆裂。另外,在本实验条件下,球团进入高温区后短时间(2025 s)内即发生爆裂,未爆裂的球团也全部产生裂纹。预热温度越低,预热时间越短,球团中产生的裂纹越严重。通过与图2中失重曲线比较可知,急速加热时褐铁矿含碳球团的爆裂特性也与它的结晶水解离有关。显然,预热过程中结晶水解离未完成的球团均产生了爆裂现象,为了防止急速加热时褐铁矿含碳球团爆裂,需在爆裂温度以