發(fā)布時(shí)間：2020-10-21 23:09

　　 離心鑄造是特種鑄造的一種,適合用于加工中空的軸對(duì)稱零件,化工裂解爐爐管主要是依靠離心鑄造法生產(chǎn)。在爐管離心鑄造過程中,鑄型轉(zhuǎn)子的振動(dòng)會(huì)使?fàn)t管產(chǎn)生壁厚不均勻現(xiàn)象,影響爐管的性能。本文以滾輪支承臥式離心鑄造機(jī)為研究對(duì)象,通過力學(xué)建模和試驗(yàn)研究,系統(tǒng)地研究了離心鑄造機(jī)的動(dòng)力學(xué)性能、各種參數(shù)對(duì)動(dòng)力學(xué)性能的影響以及振動(dòng)對(duì)離心鑄造爐管最終壁厚的影響。本論文的主要研究內(nèi)容和成果包括:通過受力分析,建立了滾輪支承離心鑄造機(jī)的支承剛度和阻尼計(jì)算模型,在考慮鑄型轉(zhuǎn)子每個(gè)截面的偏心質(zhì)量的偏心距和偏心方位角條件下建立了鑄型轉(zhuǎn)子的振動(dòng)模型,利用傳遞矩陣法對(duì)該模型進(jìn)行了數(shù)值求解。通過算例,研究了支承跨距和支承角對(duì)鑄型轉(zhuǎn)子固有振動(dòng)的影響以及偏心距和偏心方位角對(duì)鑄型轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)的影響。自行設(shè)計(jì)并搭建了離心鑄造機(jī)振動(dòng)模擬試驗(yàn)裝置,通過進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn),驗(yàn)證了所建立的理論模型。建立了描述滾輪與鑄型外圓形狀誤差和表面微觀粗糙形貌的數(shù)學(xué)模型,通過幾何分析,建立了計(jì)算滾輪與鑄型實(shí)際接觸點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算方法,根據(jù)求得的實(shí)際接觸點(diǎn)坐標(biāo),得到了鑄型轉(zhuǎn)子所受的支承滾輪的激勵(lì)力,將此激勵(lì)力引入動(dòng)力學(xué)模型中,構(gòu)建了可以考慮滾輪和鑄型表面形狀誤差和表面粗糙度的鑄型振動(dòng)性能計(jì)算方法。結(jié)合具體算例,研究了滾輪和型筒外圓形狀誤差及表面粗糙度對(duì)離心鑄造機(jī)鑄型轉(zhuǎn)子幅頻響應(yīng)、振型、中心運(yùn)動(dòng)軌跡的影響規(guī)律。在建立矩形大塊式基礎(chǔ)作用在彈性半空間地基時(shí)基礎(chǔ)和地基綜合剛度及阻尼的計(jì)算方法的基礎(chǔ)上,根據(jù)振動(dòng)理論和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論建立了考慮機(jī)器基礎(chǔ)振動(dòng)的滾輪支承離心鑄造機(jī)鑄型的振動(dòng)模型,并用傳遞矩陣法對(duì)模型進(jìn)行了求解。通過算例,系統(tǒng)地研究了大塊式基礎(chǔ)高度、埋置深度、底面尺寸等對(duì)鑄型轉(zhuǎn)子固有頻率以及強(qiáng)迫振動(dòng)的影響規(guī)律。在滾輪支承離心鑄造機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,利用流體力學(xué)相關(guān)知識(shí),建立了爐管離心鑄造時(shí)的鋼水流動(dòng)-鑄型振動(dòng)耦合模型,結(jié)合瞬態(tài)傳遞矩陣方法,對(duì)鋼水流動(dòng)-鑄型振動(dòng)耦合模型進(jìn)行了求解,同時(shí)得到了各個(gè)時(shí)刻鑄型的振動(dòng)量和內(nèi)部的鋼水流動(dòng)情況,并結(jié)合算例分析,研究了鋼水質(zhì)量對(duì)鑄型轉(zhuǎn)子振幅和共振轉(zhuǎn)速的影響以及鑄型偏心量和鋼水質(zhì)量對(duì)爐管壁厚不均的影響規(guī)律。在爐管離心鑄造時(shí)的鋼水流動(dòng)-鑄型振動(dòng)耦合模型的基礎(chǔ)上,對(duì)鑄型和鋼水組成的系統(tǒng)進(jìn)行熱分析,建立了臥式離心鑄造的鋼水流動(dòng)-鑄型振動(dòng)-鋼水冷卻耦合模型,數(shù)值計(jì)算了各個(gè)時(shí)刻各截面鋼水的流動(dòng)情況、鑄型的振動(dòng)情況和各點(diǎn)的溫度。并通過算例,研究了鑄造爐管的冷卻降溫過程以及型筒振動(dòng)對(duì)鑄造爐管最終壁厚的影響規(guī)律。本論文的研究內(nèi)容和所取得的研究成果可為滾輪支承離心鑄造機(jī)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化及離心鑄造爐管的壁厚預(yù)測提供理論支撐。
【學(xué)位單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG233.3
【部分圖文】：

離心鑄造屬于特種鑄造的一種，是將高溫金屬熔液澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心??力的作用下填充鑄型，再經(jīng)過冷卻凝固而獲得鑄件的鑄造方法，適合生產(chǎn)軸對(duì)稱零件，??如各種管狀零件、氣缸襯墊等１３１（圖１．１）。據(jù)２００４年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國鑄件的年產(chǎn)量在１５００??萬噸左右，而其中約有２２０萬噸是用離心鑄造方法生產(chǎn)的，占１５％。其中球墨鑄鐵管丨２５??萬噸，內(nèi)燃機(jī)缸套３５萬噸，各種軋輥５萬噸Ｗ。??猶零??（ａ）筒類零件?（ｂ）管狀零件??圖１．１離心鑄件??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ?ｃａｓｔｉｎｇ?ｐａｒｔｓ??離心鑄造作為一種特種鑄造方法，與傳統(tǒng)的砂型鑄造相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)｜５＇６｜：??（１）?＋用砂芯即可鑄出中空筒形和環(huán)形鑄件及不Ｎ直徑和長度的鑄管，生產(chǎn)效率高、??生產(chǎn)成本低。??（２）

第３頁??我國習(xí)慣上常用的分類方法是按旋轉(zhuǎn)軸位置分類，因?yàn)檫@與離心鑄造機(jī)的分類原則??相同，即分為水平（或臥式）離心鑄造（圖１．２）和立式離心鑄造（圖１．３），其對(duì)應(yīng)的離??心鑄造機(jī)稱為水平離心鑄造機(jī)（或臥式離心鑄造機(jī)）和立式離心鑄造機(jī)。立式離心鑄造??主要用于制造有致密性要求的環(huán)形鑄件和小型非圓形鑄件以及由于種種原因難以用靜??態(tài)鑄造生產(chǎn)的零件，如齒輪、活塞環(huán)、葉輪、螺旋槳、軸套和火車輪等；臥式離心鑄造??則主要用于制造長度較大的中空鑄件，如各種管道、套筒、連桿等，用臥式離心鑄造澆??鑄的管狀零件管徑最小４０?ｍｍ，最大可達(dá)８０００?ｍｍＫ?１??＼?＼?＼??６Ｑ）??Ｉ－澆包；２－燒道；３－鑄：型：４－金屬液：５－端蓋；６－鑄件??（ａ）臥式離心鑄造示意圖??作）臥式離心鑄造現(xiàn)場照片??圖１．２臥式離心鑄造??

為適應(yīng)不同鑄件的生產(chǎn)，人們?cè)O(shè)計(jì)并制造出了各種形式的離心鑄造機(jī)。離心鑄造機(jī)??按旋轉(zhuǎn)軸的方向可分為立式離心鑄造機(jī)和臥式離心鑄造機(jī)［９１，其中臥式離心鑄造機(jī)又可??分為懸臂式和滾輪支承式（圖１．４）兩種。根據(jù)管類零件長度較長、對(duì)應(yīng)的鑄型質(zhì)量較大??的特點(diǎn)，爐管離心鑄造選用承載能力較大的滾輪支承式臥式離心鑄造機(jī)。這種形式的離??心鑄造機(jī)的鑄型不直接與驅(qū)動(dòng)主軸相連，而是用兩組滾輪來支承，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)??后，滾輪與鑄型之間產(chǎn)生摩擦力，由摩擦力帶動(dòng)鑄型旋轉(zhuǎn)。??
【參考文獻(xiàn)】

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1 劉彤;劉敏珊;;金屬材料彈性常數(shù)與溫度關(guān)系的理論解析[J];機(jī)械工程材料;2014年03期

2 沈毅;費(fèi)鑫;駱然然;楊明;;基于LabVIEW的離心鑄造監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào);2014年01期

3 萬浩川;李以農(nóng);鄭玲;;改進(jìn)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳遞矩陣法[J];振動(dòng)與沖擊;2013年09期

4 王少波;孟成;蘇明;;燃?xì)廨啓C(jī)拉桿轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)建模及臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2013年03期

5 Nobuyuki Shimizu;Hideyuki Tsukui;Takeshi Fujikawa;;Bending vibration analysis of rotating machineries using multibody dynamics technology — development of computer program RotB[J];Theoretical & Applied Mechanics Letters;2012年06期

6 劉靖;韓靜濤;吳偉;;離心鑄造碳鋼-高鉻鑄鐵復(fù)合管有限元模擬研究[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);2012年S1期

7 翟慎秋;;小型立式離心鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J];特種鑄造及有色合金;2011年04期

8 蔡玉麗;郭明海;龐于思;王黎暉;高義民;;厚壁離心管坯鑄型涂層厚度的確定及其涂層氣隙綜合傳熱系數(shù)的計(jì)算[J];鋼管;2010年05期

9 宋男男;吳士平;欒義坤;康秀紅;李殿中;;臥式離心鑄造過程數(shù)值模擬與水力學(xué)試驗(yàn)研究[J];物理學(xué)報(bào);2009年S1期

10 趙海順;張海兵;張茂紅;王自強(qiáng);王大為;;離心鑄管成型率的分析試驗(yàn)及設(shè)備結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J];鑄造設(shè)備研究;2008年03期

本文編號(hào)：2850722