[发明专利]回转窑筒体支承位置及筒体厚度的协同优化方法

说明书

本发明涉及回转窑筒体支承位置及筒体厚度的协同优化方法，其特征在于，首先根据筒体载荷及刚度分布情况，获取支承位置、筒体厚度和支承力间的关系模型，并考虑筒体载荷均衡分配的约束条件，建立筒体载荷均衡分配优化模型；然后通过筒体和滚圈间的接触有限元分析求得筒体各截面的应力‑时间历程，用名义应力法预测其疲劳寿命，以筒体横刚纵柔的设计原则和筒体截面变形不超限为约束，建立筒体各截面的等寿命优化模型；最后通过协同优化策略不断调用筒体载荷均衡分配优化程序与筒体等寿命优化程序，使筒体载荷均衡地分配到各档支承上，筒体各截面寿命趋于一致。本发明有利于充分发挥回转窑各部件的潜能，减少停窑次数，提高回转窑的生产效益。

技术领域

本发明属于回转窑结构优化领域，涉及回转窑筒体支承位置及筒体厚度的协同优化方法。

背景技术

回转窑是水泥、冶金、化工等行业的关键设备，长期在高温、重载、露天环境中连续运行。筒体是回转窑的核心部件，常长达百米，由数档支承系统支撑。将支承系统支撑的筒体部位称为档位段，无支承系统支撑的筒体部位称为筒节段，档位段和筒节段的连接区称为过渡段。现场调研及相关研究表明：传统设计中，回转窑筒体支承位置及筒体厚度都是依据经验确定后进行校核，致使档位段的应力远大于筒节段的应力，且各档位段筒体的最大等效应力相差悬殊，导致筒体常过早出现细微裂纹，甚至超长环向裂纹等机械故障；各支承系统所承受的载荷也很不均衡，致使承载大的支承系统的滚圈、托轮、托轮轴常过早出现疲劳破坏，甚至托轮轴断裂等严重事故。一旦回转窑因某部位出现故障而停窑检修，不仅会增加企业检修费用，也会导致回转窑的产能下降，而且会打乱整个企业的生产进程，更换设备还要使检修工人在恶劣环境中忙碌数天时间，严重影响企业经济效益和社会效益。

发明内容

为了解决回转窑传统设计中各处支承受载不均、各截面筒体寿命相差悬殊等问题，本发明公布了一种回转窑筒体支承位置及筒体厚度的协同优化方法，其特征在于：首先根据筒体载荷及刚度分布情况，考虑筒体载荷均衡分配的约束条件，建立回转窑筒体载荷均衡分配优化模型；然后用有限元法获取筒体各截面的等效应力-时间历程，基于名义应力法预测筒体各截面疲劳寿命，并考虑筒体设计中的横刚纵柔原则，建立筒体各截面的等寿命优化模型；最后通过协同优化策略不断调用筒体载荷均衡分配优化程序与筒体等寿命优化程序，实现筒体支承位置及筒体厚度的最优化。

为实现上述目的，所述的回转窑筒体支承位置及筒体厚度的协同优化方法，按照以下步骤实施：

步骤1、根据筒体载荷及刚度分布情况，建立支承位置、筒体厚度和支承力间的关系模型，考虑支承位置调整的约束条件，以支承位置及筒体厚度为设计变量，建立筒体载荷均衡分配的优化模型；所述步骤1包括：

根据筒体载荷和支承力的平衡关系，支承处挠度为0及筒体两端弯矩为0的条件，列写将筒体简化为悬臂梁后的力平衡方程、挠曲线协调方程、弯矩平衡方程，得到支承位置、筒体厚度和支承力R_i(i＝1,2,…,n)间的关系模型；找出R_i中的最大值R_max，最小值R_min，最小化R_max-R_min,可使各档支承力R_i趋于相等，从而实现筒体载荷的均衡分配，由此得筒体支承位置优化的目标函数为R_max-R_min；将支承位置记为x_i(i＝1,2,…,n)，各筒体档位段厚度记为d_i,筒节段厚度记为t_j(i＝1,2,…,n+1)，可得筒体载荷均衡分配的设计变量为X＝[x₁,x₂,…,x_n,d₁,d₂,…,d_n,t₁,t₂,…,t_n+1]^T；在均衡分配筒体载荷时，应保证筒体的弯曲应力、最大挠度不超限，窑尾密封良好，第一档支承点尽远离烧成带最高温度点，以此作为约束条件，建立筒体载荷均衡分配优化模型。