離心鑄造是特種鑄造的一種,適合用于加工中空的軸對稱零件,化工裂解爐爐管主要是依靠離心鑄造法生產。在爐管離心鑄造過程中,鑄型轉子的振動會使爐管產生壁厚不均勻現(xiàn)象,影響爐管的性能。本文以滾輪支承臥式離心鑄造機為研究對象,通過力學建模和試驗研究,系統(tǒng)地研究了離心鑄造機的動力學性能、各種參數對動力學性能的影響以及振動對離心鑄造爐管最終壁厚的影響。本論文的主要研究內容和成果包括:通過受力分析,建立了滾輪支承離心鑄造機的支承剛度和阻尼計算模型,在考慮鑄型轉子每個截面的偏心質量的偏心距和偏心方位角條件下建立了鑄型轉子的振動模型,利用傳遞矩陣法對該模型進行了數值求解。通過算例,研究了支承跨距和支承角對鑄型轉子固有振動的影響以及偏心距和偏心方位角對鑄型轉子不平衡響應的影響。自行設計并搭建了離心鑄造機振動模擬試驗裝置,通過進行振動試驗,驗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學模型,通過幾何分析,建立了計算滾輪與鑄型實際接觸點坐標的計算方法,根據求得的實際接觸點坐標,得到了鑄型轉子所受的支承滾輪的激勵力,將此激勵力引入動力學模型中,構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性能計算方法。結合具體算例,研究了滾輪和型筒外圓形狀誤差及表面粗糙度對離心鑄造機鑄型轉子幅頻響應、振型、中心運動軌跡的影響規(guī)律。在建立矩形大塊式基礎作用在彈性半空間地基時基礎和地基綜合剛度及阻尼的計算方法的基礎上,根據振動理論和轉子動力學理論建立了考慮機器基礎振動的滾輪支承離心鑄造機鑄型的振動模型,并用傳遞矩陣法對模型進行了求解。通過算例,系統(tǒng)地研究了大塊式基礎高度、埋置深度、底面尺寸等對鑄型轉子固有頻率以及強迫振動的影響規(guī)律。在滾輪支承離心鑄造機動力學模型的基礎上,利用流體力學相關知識,建立了爐管離心鑄造時的鋼水流動-鑄型振動耦合模型,結合瞬態(tài)傳遞矩陣方法,對鋼水流動-鑄型振動耦合模型進行了求解,同時得到了各個時刻鑄型的振動量和內部的鋼水流動情況,并結合算例分析,研究了鋼水質量對鑄型轉子振幅和共振轉速的影響以及鑄型偏心量和鋼水質量對爐管壁厚不均的影響規(guī)律。在爐管離心鑄造時的鋼水流動-鑄型振動耦合模型的基礎上,對鑄型和鋼水組成的系統(tǒng)進行熱分析,建立了臥式離心鑄造的鋼水流動-鑄型振動-鋼水冷卻耦合模型,數值計算了各個時刻各截面鋼水的流動情況、鑄型的振動情況和各點的溫度。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對鑄造爐管最終壁厚的影響規(guī)律。本論文的研究內容和所取得的研究成果可為滾輪支承離心鑄造機的設計、優(yōu)化及離心鑄造爐管的壁厚預測提供理論支撐。
【學位單位】：華東理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：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的鑄型中，在離心??力的作用下填充鑄型，再經過冷卻凝固而獲得鑄件的鑄造方法，適合生產軸對稱零件，??如各種管狀零件、氣缸襯墊等１３１（圖１．１）。據２００４年數據統(tǒng)計，我國鑄件的年產量在１５００??萬噸左右，而其中約有２２０萬噸是用離心鑄造方法生產的，占１５％。其中球墨鑄鐵管丨２５??萬噸，內燃機缸套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｜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，生產效率高、??生產成本低。??（２）

第３頁??我國習慣上常用的分類方法是按旋轉軸位置分類，因為這與離心鑄造機的分類原則??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），其對應的離??心鑄造機稱為水平離心鑄造機（或臥式離心鑄造機）和立式離心鑄造機。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??

為適應不同鑄件的生產，人們設計并制造出了各種形式的離心鑄造機。離心鑄造機??按旋轉軸的方向可分為立式離心鑄造機和臥式離心鑄造機［９１，其中臥式離心鑄造機又可??分為懸臂式和滾輪支承式（圖１．４）兩種。根據管類零件長度較長、對應的鑄型質量較大??的特點，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。這種形式的離??心鑄造機的鑄型不直接與驅動主軸相連，而是用兩組滾輪來支承，電動機帶動滾輪轉動??后，滾輪與鑄型之間產生摩擦力，由摩擦力帶動鑄型旋轉。??
【參考文獻】

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本文編號：2850722