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回转窑热—结构分析及分体式滚圈设计

程志华  
【摘要】:回转窑筒体和滚圈是整个回转窑系统中最重要的两个组成部件,回转窑能否安全正常的运行,与这两个部件的力学行为有很大关系。本文针对大型工业回转窑的筒体和滚圈力学行为展开数值模拟,同时进行了分体式滚圈结构创新型的设计,获得了若干有意义的结果,为回转窑的检修、设计和调整窑线等提供了理论基础和实际参考价值。 根据分析重点合理简化了实际的回转窑模型,针对本课题大型回转窑(包括轮带、筒体、耐火砖、切向钢板)的尺寸和性能参数等,在ANSYS中选取三维实体单元SOLID90建立了含耐火砖、不含托轮的三维回转窑有限元模型。 通过对现场测温点进行多次函数插值确定温度分布的函数表达式,然后加载到筒体外表面。分析了两种不同环境温度下回转窑稳态温度场分布。结果表明,温度总体分布规律表现为由内向外逐渐降低。在回转窑内壁,回转窑的温度最高,接近物料的温度;耐火砖表现出了很强的隔热作用,窑体内外壁的温差绝大部分由耐火砖来承受。 分析了两种环境温度下回转窑的变形和应力情况。结果表明,三档轮带与托轮接触处均存在不同程度应力集中。和已发表的论文相比,考虑温度后回转窑最大当量应力大幅度上升,故温度引起的热膨胀对回转窑的应力分布影响很大,不可忽略。 通过比较几种分体式滚圈的联接型式后设计出相对合理的一种联接型式。结合本文的回转窑尺寸建立了含托轮的分体式滚圈有限元模型,采用三维接触非线性有限元法分析了分体式滚圈的应力和位移变化规律。同时,通过改变那些对分体式滚圈设计有影响的一些结构参数(凸台的圆心角、凸台的尺寸或凹槽尺寸、销轴的直径和个数、分体式位置)得出了相应的分体式滚圈应力变化规律。在进行分体式滚圈设计时,要综合考虑各个参数的影响以便设计出最优化的分体式结构。 以垫板宽度为460mm的模型为例,计算了筒体的横截面圆度,并研究了不同的垫板宽度对于筒体的横截面圆度的影响。结果表明,增加垫板宽度具有局部性,而且垫板宽度为1200mm时,圆度最佳。


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