一种基于SEL的等距直齿磨盘的设计方法与流程

文档序号:19734096发布日期:2020-01-18 04:16阅读:351来源:国知局
一种基于SEL的等距直齿磨盘的设计方法与流程

本发明属于机械设计与制造技术领域,具体涉及一种基于sel(比边缘负荷理论)的等距直齿磨盘的设计方法。



背景技术:

直齿磨盘(磨片)是造纸磨浆过程最典型、应用最广泛的磨盘,其齿型设计灵活多变基本能满足各种浆料情况的磨浆过程。目前其设计没有统一的标准与理论依据,直齿磨盘磨齿参数的设计大多靠经验,产品在使用时能耗较高,同时其应用具有很强的局限性,不利于其系列化开发及专用特殊磨盘的开发。



技术实现要素:

为了解决上述问题,本发明的目的在于提供一种基于sel的等距直齿磨盘的设计方法,使等距直齿磨盘的设计有章可循,提高等距直齿磨盘设计的灵活性。

本发明是通过以下技术方案来实现:

一种基于sel的等距直齿磨盘的设计方法,包括以下步骤:

1)根据等距直齿磨盘组内直长齿区域内首末边线倾角计算单组磨齿圆心角,根据单组磨齿圆心角确定等距直齿磨盘的实际分组数;

2)根据比边缘负荷理论及相关工作参数计算磨齿切断长理论值;

3)根据实际工况确定磨盘的齿形参数,计算得到磨齿齿数,根据磨齿齿数及相关齿型参数计算得到磨齿切断长设计值;

4)将步骤3)得到的磨齿切断长设计值与步骤2)得到的磨齿切断长理论值进行对比,根据对比结果对齿数进行调整,得到等距直齿磨盘。

优选地,步骤1)的具体步骤为:

1-1)直长齿区域内首边线与半径方向夹角为α0,直长齿区域内末边线与半径方向夹角为αm,计算单组磨齿圆心角β:

其中,r1为磨盘内径,r2为磨盘外径;

1-2)等距直齿磨盘的理论分组数nc=360°/β,取计算值的临近整数值作为等距直齿磨盘的实际分组数n。

进一步优选地,步骤2)的具体步骤为:

2-1)根据处理浆料的相关参数,确定比边缘负荷的取值范围为k1~k2,然后取中间值sel0=(k1+k2)/2;

2-2)根据磨浆过程所匹配的盘磨机总功率及空载功率,计算磨浆净功率pnet:

pnet=pt-pn

式中,pn为空载功率,pt为总功率;

根据sel的基本框架理论公式,可计算单组磨片磨齿切断长理论值:

式中,n为磨盘转速。

进一步优选地,等距直齿磨盘为等距直通齿磨盘时,步骤3)的具体步骤为:

根据实际工况确定磨齿宽度b、齿槽宽度g及磨齿高度h;

3-1)计算直长齿区域两边线距离bf:

式中,

取bf/(b+g)计算结果的临近整数值nx为直长齿磨齿齿数;

3-2)计算短齿区域edc中首边线与其对应顶点的距离ge:

取ge/(b+g)计算结果的临近整数值ny为实际短齿齿数;

3-3)根据实际直长齿齿数和实际短齿齿数,采用圆环分区计算方法,保证每个圆环区域内磨齿长度一致,计算单圆环区域内磨齿切断长celi:

式中,nsi、nri分别表示圆环形区域内定盘和动盘磨齿的数量,△ri表示圆环形区域两圆的半径差;

则单组磨片的切断长设计值为:

将磨齿切断长的理论值与设计值进行对比,对所设计磨齿参数进行调整。

进一步优选地,等距直齿磨盘为等距环形分区直齿磨盘时,步骤3)的具体步骤为:

3-1)根据实际工况对等距环形分区直齿磨盘进行环形分区,确定各分区的长度比例;

3-2)根据实际工况确定磨盘的齿形参数,计算得到各分区的磨齿齿数;

3-3)根据3-2)得到的各分区的磨齿齿数计算磨齿切断长设计值。

进一步优选地,步骤3-1)具体为:

将等距环形分区直齿磨盘进行环形三级分区,其中一级分区占比z1≤20%,三级分区占比z3≥60%,其余为二级分区z2;则一级分区长度为z1(r2-r1),二级分区长度为z2(r2-r1),三级分区长度为z3(r2-r1)。

进一步优选地,步骤3-2)的具体为:

根据实际工况确定三级分区磨齿宽度b3、齿槽宽度g3及磨齿高度h3;二级分区磨齿宽度b2、齿槽宽度g2及磨齿高度h2;

一级分区、二级分区和三级分区的倾角均为α0,三级分区直通齿长度为z3(r2-r1)cosα0-1,则三级分区左边缘顶点到本区第一条磨齿边线的距离de为:

de=r1sin(α0+β)·[1-sinα0·sin(α0+β)]

取de/(b3+g3)的临近整数值n3作为三级分区磨齿齿数;

将二级分区磨齿间隔延伸至磨区内径,一级分区磨齿齿数为二级分区的一半;二级分区直通齿长度为z2(r2-r1)cosα0-1,一级分区直通齿长度为z1(r2-r1)cosα0-1;计算得到三级分区磨齿切断长cel3,则二级分区及一级分区磨齿切断长之和cel1+2:

cel1+2=cels-cel3

二级分区磨齿齿数为:

取n2l的临近整数值n2作为二级分区磨齿齿数,则一级分区磨齿齿数n1=n2/2。

进一步优选地,步骤3-3)具体为:

采用圆环分区计算方法,保证每个圆环区域内磨齿长度一致,计算单圆环区域内磨齿切断长celi:

式中,nsi、nri分别表示圆环形区域内定盘和动盘磨齿的数量,△ri表示圆环形区域两圆的半径差;

则单组磨片的磨齿切断长设计值为:

将磨齿切断长的理论值与设计值进行对比,对所设计磨齿参数进行调整。

与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:

本发明公开的基于sel的等距直齿磨盘的设计方法,引入sel理论,将磨浆功耗与齿型参数相联系,以磨齿切断长为设计指标,通过对比其理论值和设计值,完成磨盘最终齿型参数的确定。设计等距直齿磨盘时通过确定单组磨齿所对应圆心角将磨盘进行分组后,合理确定单组磨齿的切断长,有针对性的设计特定用途磨盘,有助于磨浆过程的节能降耗。通过合理设计磨齿的参数,采用理论计算方法计算各区域的齿数与齿型分布,最后对齿形进行验证和修正。保证了磨盘设计的合理性,在保证磨浆质量的同时,有助于磨浆过程的能耗降低,避免了人为经验设定直齿磨盘参数的局限性。使等距直齿磨盘的设计有章可循,提高等距直齿磨盘设计的灵活性。

附图说明

图1为本发明单组磨齿圆心角β及相关参数的示意图;

图2为本发明直长齿齿数设计的示意图;

图3为本发明三级分区磨齿齿数计算的示意图;

图4为本发明设计得到的等距直通齿磨盘的示意图;

图5为本发明设计得到的等距环形分区磨盘的示意图。

具体实施方式

下面以附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。

设计条件:

在设计过程中应根据浆料种类合理设计磨齿及沟槽参数,尽量使得齿宽及槽宽之比小于等于1,在齿高的设计时,对于阔叶木磨浆可略高些,而针叶木可低些,其值可参考下表:

处理浆种:漂白硫酸盐针叶木浆,初始纤维平均长度为2.3mm,平均宽度为39.8um;处理方式:中等纤维长度(1.5~1.8mm)的粘状打浆,打浆度为(70~75°sr)。选用盘磨机规格为配用功率132kw,转速1200r/min。

磨盘尺寸:外径550mm,内径250mm。

磨盘外径和内径分别为550mm以及250mm。

取am和ao分别为18°和10°

则γ=am-ao=8°

如图1,根据几何关系得出:

直齿磨盘理论分组数在此为方便制造,取11个分组。

确定磨齿切断长度。

由于处理的浆料为漂白硫酸盐针叶木浆,打浆方式和最终要求为中等纤维长度的粘状浆,漂白硫酸盐针叶木浆适宜的sel值为2.0~2.25j/m,取其中间值2.125j/m。

盘磨机配用功率132kw,空载功率约占总功率的0.33~0.36,取空载功率为43kw,则净磨浆功率为132-43=89kw。,

单组磨片磨齿切断长度的计算

cel=8.65m/r

等距直通齿磨盘的设计:

计算直长齿区域为首末边缘与磨片内外径围成的区域,两边线距离设为bf,根据集合关系,可算出bf值为:

根据设计条件,取齿宽8mm,槽宽为10mm,则其单组磨齿长齿数为:

bf/(b+g)=37.23/18=2.06,取2,此时单个齿节长度为18.615mm,齿宽为8mm,槽宽10.615mm。

根据几何关系:

则短齿数为ge/(b+g)=8.49,取8个。

齿形的验证与修正。

如图2,按齿宽与槽宽分别为8mm,10.615mm,排列磨齿,按照环形分区方法将磨片分区5环,根据三角函数,分别计算各环磨齿齿长度为:1环磨齿为364.1mm,2环磨齿为213.6mm,3环磨齿为177.1mm,4环磨齿为140mm,5环磨齿为104.4mm。

针对不同齿长的磨齿进行磨齿切断长的计算,采取分环计算的方法,总切断长为9.99m/r,此值满足要求。

因此本扇块分区直长齿型磨片的设计,每个扇块区磨齿的齿宽8mm。槽宽10.615mm。长齿3个,短齿4个,齿高选7mm,其设计图如图4所示。

等距环形三分区直齿磨盘的设计:

由于设计条件不变,但单组磨片磨齿切断长为8.65m/r。

磨区磨面的划分:设置3个环区,各环宽度分别为50,50,40,二级环与三级环间留取10mm的间距。一级环的磨齿可以通过二级环去相间延伸至内圆边,即将一级环齿数设置为二级环齿数的一半,以便于加工制造。

齿宽与槽宽的确定,由于磨盘较大,若设置过小的齿宽,加工难度大,切断作用过强,寿命也会缩短,在此选择三级环区齿宽6mm,槽宽7mm,由于磨片上的齿数较多,可以将齿节长度近似为齿周节长。

如图3,三级分区左边缘顶点到本区第一条磨齿边线的距离de为:

de=r1sin(α0+β)·[1-sinα0·sin(α0+β)]=111.69mm

则三级分区磨齿数量de/(b3+g3)=8.59,取9个。

计算三级环区切断长为:

cel3=4.31m/r

则二级分区与一级分区切断长总和为:

cel1+2=cels-cel3=4.34m/r

二级分区磨齿数量为:

二级分区磨齿数量取8个,则一级环区齿数为4个。

切断长的验证:

所设计等距环形分区直齿磨盘有三区,因此根据其特点按照圆环分区法进行计算,三级分区切断长为4.31m/r,二级分区切断长为3.37m/r,一级分区切断长为0.69m/r,则单组磨片的切断长设计值为8.37m/r。

设计值与需要的切断长值相近,基本吻合。

因此,齿宽、槽宽与齿数设置如下,三级环区齿宽为6mm,槽宽为7mm,齿数为8;二级环区齿宽为13mm,槽宽为14mm,齿数为8;一级环区齿数为4,齿高为7mm,其设计效果图如图5所示。

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