【摘要】：9R-40型飼草揉碎機是一種介于粉碎機與鍘草機之間的新型飼草加工設備,工作時其主要工作部件轉(zhuǎn)子在離心力、流場脈動壓力以及自身重力等作用下,極易產(chǎn)生振動并使揉碎機產(chǎn)生環(huán)境噪聲,嚴重影響機器的使用壽命和操作人員的身心健康。為了確保飼草揉碎機安全、可靠地運行,本文在對揉碎機內(nèi)流場模擬計算基礎上,采用流固耦合方法計算了揉碎機轉(zhuǎn)子的等效應力、應變及總變形,對其靜強度進行了分析與優(yōu)化;采用理論分析、有限元模擬及激光測振等方法對揉碎機轉(zhuǎn)子進行了模態(tài)分析與試驗,驗證了理論分析及有限元模型的可靠性;并對轉(zhuǎn)子進行了動態(tài)特性優(yōu)化。(1)錘架板厚度、錘架板數(shù)及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化對轉(zhuǎn)子所受流場壓力的分布規(guī)律影響不大;對轉(zhuǎn)子所受壓力和揉碎機內(nèi)氣流速度影響較大的是轉(zhuǎn)速,架板數(shù)量次之,架板厚度的影響最小。(2)9R-40型飼草揉碎機轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速工作時,最大等效應力為352.92MPa,出現(xiàn)在主軸與拋送葉輪架板連接處,極易損壞,故需要進行靜強度優(yōu)化。(3)葉輪架板厚度對最大等效應力及最大總變形影響最大,葉輪架板直徑以及葉輪架板與主軸過渡圓角半徑的影響次之。錘架板厚度及錘架板數(shù)的影響最小。優(yōu)化后轉(zhuǎn)子最大等效應力為176.68MPa,較優(yōu)化前減小了51.03%,靜強度滿足使用要求。(4)揉碎機轉(zhuǎn)子計算與試驗模態(tài)頻率的最大相對誤差為6.39%,且振型相同,可見所建立有限元模型及數(shù)值計算結(jié)果是可信的。預應力使轉(zhuǎn)子模態(tài)頻率有所提高,尤其是第1、2、3和7階頻率提高幅度較大。(5)共振分析表明轉(zhuǎn)子第1階預應力模態(tài)頻率147.43Hz與激振基頻140Hz較為接近,避開率為5.03%,極易發(fā)生共振,故需進行動態(tài)特性優(yōu)化。轉(zhuǎn)子第2和3階模態(tài)頻率與激振2和3倍頻避開率滿足要求。(6)錘架板厚度對轉(zhuǎn)子低階預應力模態(tài)頻率影響較大,主軸直徑次之,架板直徑影響最小。優(yōu)化后轉(zhuǎn)子第1階模態(tài)頻率避開率提高到15.49%,第2、3階頻率避開率滿足避開率大于15%的要求,避免了共振的發(fā)生;總質(zhì)量減小了1.06%,且動態(tài)特性優(yōu)化后轉(zhuǎn)子的靜強度和剛度均滿足使用要求。
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S817.1
【圖文】：

7圖 2-1 揉碎機內(nèi)流場數(shù)值模擬流程圖rt of numerical simulation of flow filed in a forag流道模型的建立及網(wǎng)格劃分轉(zhuǎn)子、外殼及機架等組成；轉(zhuǎn)子由主軸個錘片）及拋送葉輪組成。轉(zhuǎn)子外徑為m，錘片厚度為 4mm、長為 150mm、寬型錘片；拋送葉輪為三葉片葉輪，架板為 1000mm。外殼外徑為 490mm，出料直

1.進料口 2.主軸 3.機架 4.齒條 5.下機殼 6.錘片 7.拋送葉輪 8.上機殼 9.拋送口 10.導流圖2-2 9R-40型飼草揉碎機結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2-2 Diagram of structure of 9R-40 rubbing machine2.1.1 流道模型的建立按照 9R-40 型揉碎機實際尺寸，首先利用三維建模軟件 SolidWorks建立 9R型揉碎機整機實體模型。在 Fluent 中對有旋轉(zhuǎn)部分的模型使用滑移網(wǎng)格時，需分旋轉(zhuǎn)區(qū)域與非旋轉(zhuǎn)區(qū)域交界面（即 interface），故在 SolidWorks 中建立包裹轉(zhuǎn)區(qū)域的底面直徑Ф420mm、長 578.5mm 以及Ф444mm、長 135mm 的兩個圓柱分別包裹錘架板部分和拋送葉輪部分。為了保證劃分網(wǎng)格的質(zhì)量，適當簡化機外殼及轉(zhuǎn)子的部分倒角、圓角及結(jié)構(gòu)間隙，忽略螺栓連接；然后利用布爾減運從揉碎機整機實體模型中減去轉(zhuǎn)子實體模型（圖 2-3）得到揉碎機內(nèi)流道模型圖 2-4 所示。Solidworks 可將文件直接保存成 ICEM CFD 可識別的.iges 文件格且可以與 ANSYS 建立無縫連接，實現(xiàn)了模型信息的完全讀取。

1.進料口 2.主軸 3.機架 4.齒條 5.下機殼 6.錘片 7.拋送葉輪 8.上機殼 9.拋送口 10.導流圖2-2 9R-40型飼草揉碎機結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2-2 Diagram of structure of 9R-40 rubbing machine2.1.1 流道模型的建立按照 9R-40 型揉碎機實際尺寸，首先利用三維建模軟件 SolidWorks建立 9R型揉碎機整機實體模型。在 Fluent 中對有旋轉(zhuǎn)部分的模型使用滑移網(wǎng)格時，需分旋轉(zhuǎn)區(qū)域與非旋轉(zhuǎn)區(qū)域交界面（即 interface），故在 SolidWorks 中建立包裹轉(zhuǎn)區(qū)域的底面直徑Ф420mm、長 578.5mm 以及Ф444mm、長 135mm 的兩個圓柱分別包裹錘架板部分和拋送葉輪部分。為了保證劃分網(wǎng)格的質(zhì)量，適當簡化機外殼及轉(zhuǎn)子的部分倒角、圓角及結(jié)構(gòu)間隙，忽略螺栓連接；然后利用布爾減運從揉碎機整機實體模型中減去轉(zhuǎn)子實體模型（圖 2-3）得到揉碎機內(nèi)流道模型圖 2-4 所示。Solidworks 可將文件直接保存成 ICEM CFD 可識別的.iges 文件格且可以與 ANSYS 建立無縫連接，實現(xiàn)了模型信息的完全讀取。

【參考文獻】

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本文編號：2759667