机械镀锌主机设计及滚筒内固体介质的运动学动力学研究

论文摘要

本文介绍了机械镀镀层形成的机理、镀层质量的影响因素以及机械镀工艺。阐述了机械镀锌设备的一些研究成果。利用新的质量机能展开(QFD)方法,得出了机械镀锌主机设备的设计关键点和质量特性。利用发明问题解决理论(TRIZ)对机械镀锌设备的设计重点和一些问题进行了分析,并制定出了机械镀锌设备的三种设计方案。同时,利用模糊综合评价(FCE)方法对这些设计方案进行了评价,并对评价的结果按最大隶属度的关系进行了优劣排序。最终得出了机械镀锌主机设备的最优设计方案为采用滚筒式的结构。设计了机械镀设备,它的滚筒或镀桶能够同时绕自身轴线和水平轴线旋转。通过理论分析和参考过去的一些实验结果可知,这种机械镀锌设备能够满足设计技术指标的要求。利用三维离散元或PFC3D软件对机械镀锌设备不同的转动速度下、不同滚筒形状内玻璃珠介质的运动情况和能量大小进行了仿真和分析。结果表明：方形的和圆形的滚筒或镀桶结构不是理想的形式,六角形的结构好一些,最好的结构是八角形的。对于八角形的滚筒,在30r/min的转速下,其玻璃珠介质的运动和能量是最理想的。这一模拟仿真的结果与过去的机械镀结果相比是吻合的。此外,针对八角形滚筒,作者又加入了另外一种尺寸的玻璃珠进行混合介质的运动仿真和分析,结果表明：加入两种玻璃珠后,在30r/min的转速下,其玻璃珠介质的运动能量要比只加一种玻璃珠时的能量大。这对于形成良好的机械镀镀层是十分有利的。这与实际机械镀工艺过程中,采用混合玻璃珠介质来改善或提高机械镀镀层质量的做法是十分吻合的。上述结果表明,这些新的方法在机械镀设备的设计和研究新工艺方面是比较成功的,有实际应用价值的。此外,本文还对机械镀镀桶内玻璃珠介质和锌粉的动力学问题进行了一些探讨。一些相关的计算公式和部分参数的计算尚属于首次推导或给出。这些对于进一步研究机械镀设备和工艺是有一定参考或利用价值的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.1.1 金属表面防腐的意义
• 1.1.2 锌的防腐蚀性能
• 1.1.3 镀锌的清洁生产
• 1.1.4 机械镀锌的国内外应用概况
• 1.2 机械镀锌概述
• 1.2.1 机械镀锌工艺
• 1.2.2 机械镀锌镀层
• 1.2.3 机械镀方法对设备功能的要求
• 1.3 机械镀锌设备的国内外发展现状
• 1.3.1 国内外主要设备形式
• 1.3.2 国内机械镀成套设备发展现状
• 1.4 机械镀锌设备研究的意义、课题来源及选题背景
• 1.4.1 课题的来源及选题背景
• 1.4.2 机械镀锌设备研究的意义
• 1.5 本项目研究的内容、方法和技术路线
• 1.6 本章小结
• 2 机械镀锌主机设备的总体方案设计
• 2.1 总体方案设计的意义
• 2.2 本项目设备的总体方案设计思路
• 2.3 设备的质量机能展开分析
• 2.3.1 质量机能展开（QFD）概述
• 2.3.2 质量机能展开的原理
• 2.3.3 产品规划质量屋的结构
• 2.3.4 质量机能展开的基本过程
• 2.4 设备矛盾的解决理论和方法
• 2.4.1 TRIZ理论概述
• 2.4.2 冲突解决原理
• 2.4.3 技术冲突问题的解决方法
• 2.4.4 物理冲突问题的解决方法
• 2.4.5 机械镀锌设备矛盾的解决
• 2.5 设备方案的模糊评价
• 2.5.1 评价体系因素集的建立
• 2.5.2 评价体系权重集的建立
• 2.5.3 评价集的建立
• 2.5.4 模糊综合评判
• 2.6 本章小结
• 3 机械镀锌主机设备的传动方案设计与研究
• 3.1 机械镀锌设备滚筒运动装置的构型
• 3.1.1 机构构型的途径
• 3.1.2 转动装置的特性分析
• 3.1.3 摆动装置的特性分析
• 3.2 机械镀锌主设备滚筒形状的设计
• 3.2.1 外形结构的设计
• 3.2.2 设备镀桶的外形结构
• 3.3 机械镀锌主机设备的总体结构设计
• 3.3.1 主机镀桶支撑装置的结构设计
• 3.4 镀桶转动装置的结构设计
• 3.4.1 镀桶的转动要求
• 3.4.2 电动机及减速机的设计选择
• 3.4.3 各部分零件的设计
• 3.4.4 镀桶转动装置结构设计
• 3.5 主机镀桶摆动装置的设计
• 3.5.1 电动机及减速机的选择
• 3.5.2 各部分零件的设计
• 3.5.3 镀桶摆动装置的结构设计
• 3.6 主机机身的设计
• 3.6.1 支架的设计
• 3.6.2 防护罩的设计
• 3.7 JDX100型机械镀锌主机的三维设计
• 3.8 本章小结
• 4 计算机仿真颗粒流运动理论研究
• 4.1 颗粒流理论研究
• 4.1.1 连续介质流动模型
• 4.1.2 离散微粒学流动模型
• 4.2 PFC3D软件
• 4.2.1 PFC3D软件简介
• 4.2.2 PFC3D软件的基本功能
• 4.2.3 PFC3D软件的特征
• 4.2.4 PFC3D基本原理
• 4.3 本章小结
• 5 机械镀锌设备筒内介质运动仿真及结果分析
• 5.1 冲击介质的种类
• 5.2 机械镀锌环境对玻璃珠介质的要求
• 5.3 颗粒碰撞假设及参数设定
• 5.4 介质的运动仿真及结果分析
• 5.4.1 镀桶外形为圆形方案的仿真结果和分析
• 5.4.2 镀桶外形为方形方案的仿真结果和分析
• 5.4.3 镀桶外形为六角形方案仿真结果和分析
• 5.4.4 镀桶外形为八角形方案仿真结果和分析
• 5.4.5 四种镀桶外形方案的仿真结果比较
• 5.5 本章小结
• 6 机械镀锌设备滚筒内介质的动力学研究
• 6.1 镀桶内玻璃珠的受力状态分析及运动方程
• 6.2 玻璃珠和锌粉颗粒之间的作用力分析
• 6.2.1 玻璃珠介质的填充率
• 6.2.2 锌粉颗粒的受力分析前提假设
• 6.2.3 锌粉颗粒所受主要作用力的分析
• 6.3 本章小结
• 7 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A:本人在攻读硕士期间发表学术论文情况