基于ABAQUS的微型靴压及其实验装置的设计与试验研究

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我国社会生产力水平的不断提高以及纸张需求的稳步增长,推动着造纸行业持续发展,并进一步促进了造纸装备的技术优化及全面提升。尤其在近年来,国内造纸机技术进步显著,其幅宽和车速均有所提高。然而,纸机车速的提高对其压榨部脱水效果提出了更高的要求。因此,靴式压榨以突出的脱水性能及广泛的纸张适用性脱颖而出,是造纸机压榨部的最佳压榨形式,可分为标准靴式压榨和微型靴式压榨。其中,标准靴式压榨大多作为纸机整机的一部分由国外直接引进,且多用于高速大型纸机。而微型靴式压榨主要用于现有纸机的改造,通过对现有设备中压榨部的技术优化,提高纸机生产线的的效率,常用于中小型造纸企业的生产优化。目前,在对纸机压榨部的改造中,微型靴式压榨是相对经济、简便的选择。标准靴式压榨线压力高,而且压榨辊的直径及质量较大,需要通过改造车间,甚至设置大型液压油站等操作来实现搬运,不仅扩大了占地面积,而且增大了传动动力,大大增加了改造成本。相比而言,微型靴式压榨则不存在上述问题,操作简便,省时节力。所以本文基于ABAQUS软件对微型靴式压榨的靴压对辊和靴板进行了数值模拟,并在数值模拟的基础上自主设计了一个微型靴压的实验装置并进行了压榨脱水试验分析。本文做的主要工作如下:(1)分析了利用标准靴式压榨研究微型靴式压榨的合理性。通过比较标准靴式压榨和微型靴式压榨的差异,总结出各自的特点。标准靴式压榨的线压力一般为800-1300k N/m,靴板的宽度为200-280 mm,而微型靴式压榨的线压力较低,一般为250-400 k N/m,靴板的宽度为80-120 mm。两者的不同主要表现在线压力大小和压榨宽度,且都适用于压榨冲量理论,因此,可利用已有的标准靴式压榨的研究为微型靴式压榨的研究提供一些参考。(2)用有限元法,通过ABAQUS软件对所所选尺寸的微型靴压对辊分别进行了静力学分析、热分析和模态分析。在满足微型靴压对辊强度的基础上,静力学分析找出了所选尺寸的微型靴压对辊所能承受的最大线压力,为接下来的微型靴压辊的研究奠定了基础。热分析结果表明微型靴压对辊的变形主要由线压力和自身重力引起,受热应力影响较小。模态分析表明该微型靴压对辊工作频率远离其固有频率,不会发生共振。(3)通过ABAQUS软件分析了不同材料的靴板的性能特点,确定了微型靴压辊靴板的最佳材料为Q235。根据造纸厂的实际应用情况,选取Q345D、硬铝合金和Q235三种材料,并分别对其进行了静力学分析、热分析和模态分析。分析结果表明,三种材料制成的靴板在最大线压力下均能满足工作强度要求,由于Q345D自身的材料属性可承受较大的线压力,适合制作标准靴式压榨的靴板。硬铝合金的变形最大,但导热性最好,不会出现温度过高而导致的局部变形过大的问题,适合用于散热不均的环境。Q235不仅能够满足工作强度要求,而且成本最低,性价比最高,是三种材料中制作微型靴压辊的靴板的最佳材料。(4)基于上述对微型靴压对辊与靴板的有限元分析,本文首先通过Auto-CAD软件自主设计了一个微型靴式压榨实验装置,并对其进行了强度校核。接着通过Creo软件对其工作状态进行了运动仿真。根据仿真结果进行改进后最终制作成现实样机。(5)以芳纶和针叶木浆为原料分别抄得定量为100 g/m~2的纸张,利用自主设计的实验平台分别对其进行微型靴式压榨脱水和普通压榨脱水,探究了两种脱水方式对不同类型纸张的脱水效果。结果表明,在微型靴式压榨的作用下,两种纸张的脱水率均比普通压榨的高1%左右,且以Q235为材料制得的靴板满足线压力不大的微型靴式压榨的使用要求。
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