焦炭装车密实机理与设备的开发研究

• 作 者: 白生玮
• 机 构: 太原理工大学
• 出 处: 太原理工大学
• 发表日期: 2016年01期
• 关键词: 焦炭装车 振动密实 结构设计 离散元 有限元

焦炭是用于高炉冶炼、铸造和气化的重要燃料。因焦炭的散密度较小,在铁路运输过程中会出现不同程度的亏吨问题,增加了运输成本,不能充分发挥铁路运载能力,造成运输资源严重浪费。提高铁路运输能力、降低运输成本的方法主要有发展重载运输、专用货车或使用辅助装车设备几种。重载运输要求货源及目的地集中、运输路线固定;专用货车存在空车返程现象,使用数量较少;使用辅助装车设备在装车的同时利用振动或者静压提高货物密实度是目前最普遍的方法,但是现有辅助设备密实效果差、装车效率低且容易造成物料破碎。论文研究了散体密实机理、现有辅助装车设备和振动装置的优势与不足。并在此基础上,结合焦炭的物理特性,设计了一种振动与搅动复合作用的新型焦炭密实装置,通过将偏心转轴插入焦炭中进行振动和搅动,解决了传统辅助装车设备密实深度不足的问题,同时利用人字形支撑板实现自动起脊功能。本文首先利用离散元软件EDEM建立了焦炭密实装置的振动模型,通过仿真分析了振幅、频率、偏心距和转速四个主要参数对焦炭密实装置密实效果的影响。分析表明振动参数为振幅10mm,频率50Hz,偏心距15mm,转速450deg/s时,密实效果最佳,在此参数下,振动方案能够有效降低装车亏吨量。其次,论文对振动密实装置进行了整体结构设计,对其中的密实机构振压版、偏心转轴支撑结构及动力和传动部分进行了详细的机构设计和选型计算,选取了合适的升降、行走机构钢丝绳直径、卷筒直径,各机构电机和减速器。最后,利用有限元软件Workbench对密实机构进行了静力学分析、模态分析和谐响应分析。静力学分析表明在密实装置工作过程中转轴最大应力为110.6MPa,振压版改进后最大应力为97.6MPa。模态和谐响应分析表明装置激振频率处于30至34Hz和68Hz时,受迫振动振幅较大,共振现象严重。本文采用的激振频率为49.8Hz,不在此范围内,不会产生明显共振,确保了装置在结构上安全可靠。