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MPS190型中速磨煤机磨辊磨损特性及过程仿真的初步研究

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1.1

华北电力大

学硕士学位论文

第一章绪

所谓磨损是由于机械作用间或伴有化学或电的作用物体工作表面材料在

相对运动中不断

损耗的现象据不完全统计

源的 1/3 1/2 消耗于摩擦与磨损

60%80% 的机器零件失效是由于磨损引起的可知磨损是机器最常见也是最大

量的一种失效方式因而研究磨损机理和提高材料耐磨性的措施将有效地节约材

料和能量提高机器装备的使用性能和使用寿命减少维修费用这对于国民经济

的发展具有重大意义川

中速磨煤机制粉系统作为燃烧电站的主要系统其运行状况直接关系到锅炉带

负荷能力及炉内燃烧稳定性其中磨辊是主要易磨损件由于磨辊在服役中既承受

着煤的摩擦磨损又承受煤的高应力接触疲劳作用特别是受到两者的联合交互作

使得磨辊使用寿命很短在某些严酷的工况下其使用寿命只有3~ 4 个月

而如何提高磨辊的使用寿命就成为火电厂迫切需要解决的一个难题[]

随着计算机技术日趋完善并智能化特别是计算机仿真技术的发展由于其具

有经济安全可靠试验周期短等特点它己经成为工程系统和非工程系统研究人

员不可缺少的设计分析工具应用于航空航天航海石油化工机械制造

钢铁冶金社会经济生物医学和工业管理等部门

仿真技术综合集成了计算机网络技术图形图像技术多媒体软件工程

信息处理自动控制及系统工程等多个高技术领域的知识仿真技术是以相似原理

信息技术系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础以计算机和各种物理效

应设备为工具利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技

它通过建立研究系统的模型结合环境条件进行研究分析和实验的方法

作为一种研究方法和实验技术直接应用于系统研究[3][81

将仿真技术用于估算磨损状态已被证明是一种十分有效的方法其主要特点是

可解决配偶零件几何尺寸等多项参数随磨损过程不断变化的动态问题从而克服了

传统数学方法局限于静态的不足而且节省了大量的人力物力和财力可见使

用仿真技术对磨损件的磨损过程进行动态仿真是一种经济有效地方法

1.2 研究的目的和意义

目前国内外中速磨煤机的磨辊大都使用硬度可达 HR A 5 0 以上的镍硬 4 号铸

铁和高铬铸铁但是由于我国

火力发电厂燃烧煤质较差铁块石块木块等杂质



华北电力大学硕士学位论文

较多导致磨辊磨损严重一般运行寿命仅有800 0 ~ 10 000h 的寿命更满足不了

火电厂锅炉机组300 00 40000h 大修周期的需要同时由于磨辊磨损严重使磨

煤机长期在低出力情况下运行导致锅炉磨煤备用系数严重不足多年来碾磨件

磨损造成了很大的人力和物力损失而由此引

发的锅炉停运机组少发不发

造成的间接经济损失更大9]

关于磨辊磨损机理和影响因素的研究对于改善磨辊的磨损状况具有很好的理

论价值近几十年来很多研究者都致力于减缓磨辊等电厂易磨件磨损的研究中

首先引起关注的应当是磨辊的磨损机理了多年以来摩擦学界在磨损机理摩擦

学系统分析理论与方法磨损表面微观分析等方面进行了大量的研究但磨损研究

法大多集中于实验研究即要求针对某种标准试样以某种选定的试验条件在专

门的试验机上进行大量模拟试验以进行经验性探索这种实验研究方法耗费大量

时间人力物力和财力而由于实际摩擦学系统的复杂性和不同工况某些模拟

试验结果不能很好地用于摩擦学系统设计和实际工程应用如磨损寿命预测磨损

动态监测和耐磨性设计等

因此将仿真技术应用到磨辊的磨损过程中既可以对已经投入生产的磨辊使

用寿命进行预测又可以为磨辊的选材和改性措施提供理论指导提高电站安全稳

定性因此对磨煤机磨辊磨损过程的仿真研究是具有很好的实用价值和理论意义

1.3国内外的研究现状

20世纪30 年代以后由于科学技术的快速发展磨损问题己成为保证机器设

备正常工作的薄弱环节对磨损的研究提出了迫切的要求20世纪50年代初期在

工业发达国家开始研究着磨损探讨磨损机理20 世纪60年代以后

由于测试仪器和同位素示踪技术铁谱技术等大量和综合的应用使得磨损研究在

摩擦力学机理失效分析监测及维修等方面有了较快的发展目前已把磨损试

验机直接装在电子显微镜内以便进行观测和电视录像了解磨损的动态过程而且

研究磨损的表面次表面及磨屑形貌成分组织和性能的变化以便搞清楚磨损

机理分析和监测磨损过程从而寻求提高机器寿命的可能途径[l0][’3]

众多学者在研究磨辊磨损机理的过程中积累了很多关于不同型号和规格的磨

辊的实验数据和实验结论自此基础上对很多影响磨辊磨损的因素进行了分析:

磨辊的材质硬度制造工艺煤料的粒度石英及铁矿石的含量等开发了很多

针对磨辊的表面改性技术如表面堆焊表面涂层等离子体表面淬火等技术;

制了

很多新型的耐磨材料这些都对磨辊的磨损有了

很大的改善但是很多改进措施

的研发过程都是先将其直接应用到磨辊上在实际磨损后再对该措施的可行性进行

2



华北电力大学硕士学位论文

分析这需要建立在大量的试验基础上有时盲目的增大一方面的影响因素却忽

略了这些影响因素之间千丝万缕地关系使得改进措施不够理想我们可以使用数

值仿真技术来弥补这些不足

数值仿真方法作为新的磨损研究手段和方法已引起摩擦学界的重视在实际摩

擦副的磨损研究中已经得到了应用对磨粒磨损的数值仿真研究主要集中于二体磨

损表面形貌和磨损预测对三体磨损的数值仿真研究较为欠缺对于疲劳磨损的数

值仿真研究主要集中于用力学和断裂力学方法建立疲劳磨损模型用有限元法进行

参数定量计算和疲劳裂纹行为的数值模拟在工程应用领域关于摩擦副磨损仿真

研究主要着眼于齿轮

轮和缸套一活塞环系统该技术也应用到了对刀具的磨

损状态分析中将该技术应用于到电厂的一些易磨损件中对其进行磨损过程的分

析和失效机理的研究还是比较少的

因此将数值仿真技术应用到对电厂易损件的磨损过程中是磨损问题研究的

发展需要也是提高生产安全系数和降低经济损失的

1.4 本课题的研究内容

有效途径

论文主要是针对磨辊磨损过程中的磨辊硬度磨料中石英砂的含量两大影响因

素展开研究通过分析建立磨辊磨损的数学模型进而使用M AT L A B 仿真模块创

建仿真模型通过输入己知工况条件及结构参数来预测磨辊的使用寿命本课题

研究的内容主要包括以下几点:

(l) 深入分析系统内磨辊磨损状态与影响因素间的因果关系磨辊的磨损机理

(2) 通过对大量文献数据及运行工况数据的统计并鉴于各电站媒质多样性的

问题应用统计学方法建立了磨损模型

(3) 使用M AT L A B 拟合模块拟合实际磨损量数据从中选择最佳拟合结果

而确定磨损模型中的未知参数进一步明确各影响因素与磨损率的量化关系

(4) 根据已确定的磨损模型使用M AT L A B S IM U L IN K 模块创建仿真模型

对磨损过程进行动态仿真并输出仿真结果

(5) 将仿真结果与实际运行结果进行对比分析根据分析结果来验证本文提出

的研究方法的可行性及磨损模型的可靠性并提出用于磨辊磨损仿真的一般方法

为根据实际磨料特性合理确定磨辊材质提供理论指导

1 .5 论文的主要工作

通过对研究背景及国内外研究现状的了解鉴于磨辊磨损所带来得巨大经济损

失这一问题本文以降低磨辊磨损率为出发点建立了磨损量随运行时间变化的仿



华北电力大学硕士学位论文

真模型使用该模型对磨辊磨损过程进行仿真为选择合适地磨料和磨辊材质提供

了一定的依据模型的建立综合运用了理论分析数理统计数值拟合的研究方法

对磨辊的磨损机理及各影响因素与磨辊磨损率的关系开展了详细的研究论文的主

要工作可划分为三大部分

第一部分基础研究在这部分工作中对传统实验方法得到的磨辊磨损数据进

行了总结性研究加深了对磨辊磨损因素和磨损机理的认识为下文数学模型的建

立提供了理论依据该部分内容包括第三章第三章主要针对磨辊硬度和磨料中石

英砂的含量两个主要影响因素进行了详细的分析通过采用大量的文献数据统计

对比了不同系列材料同一系列材料不同制造工艺的磨辊硬度的变化和磨损率的差

通过对磨损表面的观察根据四种基本磨损机理不同的磨损表面外观特性

定了磨辊的磨损机理在对微切削过程进行深入了解后确定了磨辊磨损过程中的

主要机理

第二部分模型建立基于第一部分的研究结果通过分析磨损过程中三个阶

段的磨损率的特点建立了MPS 190型磨煤机磨辊磨损过程的数学模型对磨损率

与磨辊硬度及磨料中石英砂含量的关系进行了数学描述为下文磨辊磨损过程的仿

真提供了理论支持这一部分为文中的第四章

第三部分过程仿真结合前文对磨辊磨损影响因素的分析及己建立的数学模

对磨辊磨损过程进行仿真并对本文提出的研究方法的可行性进行了验证

一部分是文中的第五章具体内容包括仿真模型建立和方法实践两部分:结合磨损

过程的数学模型在仿真软件平台上建立了随时间变化的磨损量的仿真模型;将本

文提出的研究方法应用到实际工况条件下通过对仿真结果的分析为磨辊硬度和

磨料特性的选择提出

指导性建议并验证了

研究方法的

可行性

论文的其它章节中第一章对本文的研究背景国内外研究现状研究的目的

和意义进行了简述;第二章对本文研究对象的工作原理结构特点及常见故障进行

了介绍:结束语部分对本文的研究成果和创新点进行了总结分析了当前工作中存

在的不足为下一步工作的开展提出了建议



二章

华北电力

学硕

士学位

选择

中速磨煤机样本型号的

在众多类型的中速磨煤机中MP S 型磨煤机以其良好的结构和性能特点在我

国大型火力发电厂的使用比重日益增加但是由于其对煤种的适应性差使得实际

生产过程的安全稳定性较差鉴于此提出MPS 为具体研究和仿真的对象去探索

中速磨煤机磨辊在磨损过程中的一般规律作为磨损过程的研究和仿真对象中速

磨煤机样本型号的选择过程和依据如下:

2.1M PS 型中速磨煤机的工作原理及结构特点

MPs型磨煤机的工作原理为两组相对运动的碾磨部件碾磨部件在弹簧力

压力或其它外力作用下将其间的原煤挤压和碾磨最终破碎成煤粉通过碾磨部

件旋转把破碎的煤粉甩到风环室流经风环室的热空气流将这些煤粉带到中速磨

上部的煤粉分离器过粗的煤粉被分离下来重新再磨在这个过程中热风还伴随

着对煤粉的干燥I’4]在磨煤过程中同时被甩到风环室的还有原煤中夹带的少量石

块和铁器等杂物它们最后落入杂物箱被定期排出11]

1一磨辊2一原煤进入3一磨盘衬瓦4一煤料

21 磨辊工作原理示意图

MPS 型中速磨煤机主要有给煤管分离器磨盘装置磨棍装置加压装置

传动装置和机壳组成原煤经给煤管落入磨盘磨盘由传动装置带动旋转三个磨

辊在受加压装置的压力下由磨盘带动绕自身轴作滚动运动落在磨盘上的原煤在离

心力作用下抛向四周经磨棍碾压粉碎碾碎的煤粉由干燥气流带到分离器筛选

合格煤粉随气流带出磨煤机不合适的煤粉落回到磨盘上重新参加碾磨6]其结构

特点如下:



北电力

大学

硕士

学位论

l

2Z M P S 型磨煤机结构图

l


(l) 采用引进技术经消化吸收后开发设计的

产品在我国电

冶金建材

化工等行业已有大量应用技术上已经成熟

(2)

可磨制

(3)磨煤单位电耗低比钢球磨煤机系统低3040 %

(4)由于MPS 磨机结构设计上的独有特点它的磨辊直径要比同出力的其它中

速磨的直径大从而工作时滚动阻力小物料的碾入条件好对提高磨机出力及降

低能耗非常有利

(5)相对位置固定的三个磨辊与外加力的加载架之间用滚柱销相联磨辊可在

一定的范围摆动(1215之间)使辊子在工作中能良好地适应料层厚度入料粒

度和碾磨件的磨损所带来的变化由于M PS 磨机的加载力是靠三个拉杆的垂直拉

力加载磨损用力均匀分布因此磨辊及磨盘瓦的磨损均匀这样能提高碾磨件

的使用寿命(相对于HP磨来说寿命提高2530% )

(6)由于碾磨部件的作用力是静定支承系统传递其碾磨力均匀作用于每个磨

辊上因此磨辊及磨盘瓦减速机等受力件受力均匀运行平稳噪音较小小于

85 d B (A )

(7) 由于磨机的碾磨压力是通过加载架~ 磨辊~ 磨盘一减速机传递至设备基

因此磨机壳体不受外部载荷的作用因此磨机外壳不会因为碾磨运动而随之振

对运动部件与静止部件之间的密封性能影响很小密封效果好同时可显著降

低磨煤机振动

(8) M PS 磨机由

于磨辊直径较大

此对入磨物料的

咬入性能好减少了

物料




华北电力大学硕士学位论文

在磨辊与磨盘之间的相对滚动对大块物料的适应性提高50% (相对于HP)

MPS 磨机的磨辊轴位置是固定的故当磨盘带动磨辊转动时磨辊转动行程等于磨

盘转动行程不存在如同E型磨那样的与碾磨作用无关的碾磨部件之间的相对运

这有利于提高碾磨效率克服了碾磨部件不必要的磨损

(9) M PS 磨机能够在短时间内

改变运行工况以适应系统生产的需要且在调

节过程中可避免出现不稳定的现象这有利于磨机整机实现自动化控制并且磨

机的碾磨力能随锅炉的负荷要求入磨物料粒度的大小进行自动调节这样在满足

锅炉系统运行的情况下能使磨机在最经济的条件下运行

(10) M Ps 磨机集干燥碾磨选粉送粉功能于一体热风通过热风室均匀地

从喷嘴环高速喷出与磨内物料相遇达到强烈的干燥效果2 6 0 ℃ 以上的高温热风

在碾磨区以上1 米处迅速的降为 100 ℃ 左右使水份很高甚至超过 20 % 的物料获

得迅速充分的干燥使碾磨好的物料的含水量一般在 0 .51% 左右

(11) 由于M P S 磨机碾磨件之间是相对滚动磨机起动时只需克服很小的滚动

磨擦阻力因此M P S 磨机起动阻力小主电机采用结构简单价格较低的鼠笼型

异步电动机驱动

(12) M Ps 磨机在转动部件与静止部件之间都具有合理可靠的密封装置( 下架体

与磨盘支座之间三个拉杆点三个磨辊点分离器点) 这样使磨机能保证在正

压工况下运行不漏出粉尘在负压工况下运行而不吸入冷风能够保证有一个好的

环境及磨机的干燥效率

(13) M Ps 磨机的易损件辊胎和磨盘瓦都是用高铬铸铁或硬镍铸铁 (Ni H ard

W ) 制成其结构合理使用寿命长易于检修和更换而对于其它有相互滑动的

部件与部件之间M P S 磨机都采用了结构合理使用寿命长易于安装检修更换

的材料和结构可以大大缩短检修和更换时间能够保证磨机长时间地不间断地

稳定运行

(14) M P S 磨机在碾磨件的磨损后期对磨机的出力影响较小只比正常工作时

出力下降 5 % 左右而其它型式的中速磨煤机( H P E 形磨等) 在碾磨件磨损

后期出力要下降 2 5 % 3 0 % 左右不利于锅炉系统的正常稳定运行

(15) M Ps 中速磨煤机相对于其它磨机尤其是筒式磨煤机占地面积较小

样有利于在厂房面积一定时

磨机的

布置更能

节省许多其它配套设备的投资降低

了成本

M P S 中速磨煤机的结构特点使其受到了很多厂家的青睐但是由于M P S 型中

速磨煤机对煤种的适应性差以及磨辊等易损件的失效也使得很多厂家对其望而却

下面就简单介绍下M P S 型中速磨煤机的常见故障



二些北电力大学硕古学位诊文 .___

2.2 M PS 型中速磨煤机常见故障

中速磨煤机常见的故障有以下几种:

(l)在磨煤机中的易磨件被磨损以后磨辊与磨碗衬板之间的咬入角变得较大

不利于原煤的咬入与粉碎

(2)由于磨煤机中部分材料的腐蚀将造成加载弹簧的松弛加载力降低

而磨煤量降低运行出力降低

(3)煤中尺寸较大的煤块和其它粗硬异物进入磨煤机后会留在风环

间隙内或进入碾磨区造成磨煤机异常破损或剧烈震动这不但会加剧磨辊磨盘的磨

使石子煤排放量增大而且还会导致设备损坏[’7[’9]

(4)当煤质多变调整磨辊压力不及时和不适合时会使碾磨部件寿命减少

通过列举的MPS 型中速磨煤机的常见故障我们看到碾磨部件的失效是导致

中速磨煤机停机的直接原因归纳起来大致有两方面的因素:一方面是直接由于

碾磨部件(主要是磨辊)的磨损失效造成的;另一方面则是间接由于某些碾磨部

件的腐蚀磨损而造成其他部件的故障引起的归根结底还是由于碾磨部件的磨损

(特别是磨辊这一磨煤机的主要易损件)导致了磨煤机的绝大多数故障

2.3 中速磨煤机样本型号的确定

根据前两节的叙述我们得知由于MPS 型磨煤机磨辊分布均匀碾磨过程中

压力均匀地传至三个磨辊碾磨部件之间没有直接接触使得其震动小噪音小

运行平稳而且磨辊的滚动摩擦力小具有良好的滚动特性和进料比例碾磨效率

设备结构紧凑占地少鉴于M PS 型磨煤机良好的结构和性能特点使得近

年来M P S 型磨煤机在我国大型火力发电厂的使用比重日益增加

但是MPS 型磨煤机对煤种的适应性差对煤中别敏感使得磨辊

磨损剧烈造成了大量的经济损失鉴于此各生产厂结合实际情况对MPS 型磨煤

机进行了不断地改进和完善那么进一步地对新兴的MPS 型磨煤机磨辊的磨损过

程的探索就显得愈加重要

根据前面对M PS 型中速磨煤机工作原理结构特点和常见故障的叙述鉴于

近年来MP S 型中速磨煤机在我国大型火力发电厂的使用量日益增加而磨辊的磨

损失效问题成为其在实际应用中的栓桔所以我们选择了MPS 型磨煤机的磨辊

作为研究和仿真的对象来探索磨辊磨损过程的一般规律



华北电力大学硕士学位论文

第三章中速磨煤机磨辊磨损因素及磨损机理的分析

影响磨辊磨损的因素很多包括磨辊的材质磨料特性运行工况接触形式

等等其中磨辊材质又包括磨辊表面硬度化学成分化学元素的配方制造工艺

磨料特性包括磨粒大小石英及铁矿石的

含量等下面就这几个方面加以

分析

说明

3 .1

损因

素的

3 .1.1 磨辊

材质

磨辊硬度

一般我们认为硬度越高耐磨性越好但从图31材料硬度与磨损率的关系

我们可以看到材料硬度和磨损率不是线性的关系并不是随着硬度的升高

损率在一直下降

;

1

2

3

呜的

5 0 0

材料硬度柳

31 磨损率随材料硬度的变化曲线

由图可知在硬度<2 2OH V 限度以内材料的磨损率是随着其硬度的增高而降

当超过这一限度硬度继续提高并不能使材料磨损率下降影响材料磨损率的

根本因素是耐磨性所以可以看出硬度不能作为衡量耐磨性的唯一指标只能是耐

磨性的一个表观参数

这是由

磨辊处在三体磨料磨损环境中其磨损失效主要是由

于煤的磨粒磨




华北电力大学硕士学

位论

损产生的这与磨粒的性质分不开这里只讨论磨粒硬度与金属材料硬度之比对耐

磨性的影响磨粒其他的影响因素在后面小节里进行探讨关于确定磨粒硬度和金

属材料硬度间的关系对耐磨性的影响有些研究人员对17种金属及非金属材料

7种各种硬度的磨料进行磨粒磨损试验得出了如图32的试验结果图

由图可知磨粒硬度H与材料硬度Hm 的比值小于KZ 耐磨性无穷大

发生磨损但是在实际生产中增强过的刚的最硬层的维氏硬度为10OOH V 而普

通的磨粒石英砂维氏硬度为100 0 ~125OHV 所以磨粒磨损肯定还是存在的不可

能消除当磨粒硬度H与材料硬度Hm 的比值大于Kl相对耐磨性有一个确定的

最小值并且大小恒定与它们的比值大小无关了通过前量的研究求出KI

1.3 1.7 K : 0.7 1.1 K l从间的

的变化是接近线性的

相对耐磨性呈双曲线变化或相对磨损

a

l

了声亡勺

长凡玉

3 2 硬度比与相对耐磨性及相对磨损的关系

不同系列材料

为分析和研究不同辊面材料的相对耐磨性东北大学的陆颖等人选用了常用的

4 种耐磨堆焊材料在M P X 2 0 0 0 型摩擦磨损试验机上进行了对比试验试验条件为

采用花岗岩材料载荷P = 5 0/loo M Pa 转速n = 3 47 r/ m in试验时间t=3m in 得出了

如下的试验结果图如图 3 3 所示其中M l M Z 为两种新研制的含硼系耐磨材



M 3 Y G 系硬质合金M 4 为高

铬铸铁材料[20 [23 ]



. .…

_ _ _ _ .

_一华匕曳丛兰题全塾里主一一一一一一一一一一一一

迎李呜

. .F = 5 0 0

..r10 0 0

33 不同辊面耐磨材料的

相对磨损

对比

由图可知不同系列的耐磨材料其耐磨性大不相同其磨损量最高的为M4

最小的为M3载荷为SOMPa 高铬铸铁M4磨损量是硬质合金M3磨损量的9

载荷为looMPa 达到 10倍以上不同材料基体组织和碳化物都不同

硬质合金的碳化物主要是碳化钨而高铬铸铁的碳化物主要是碳化铬它们显微硬

度见表31从表中可以知道碳化钨要比碳化铬硬度高很多碳化物在某种程度上

对耐磨性起决定性的作用不同类型的碳化物对材料的耐磨损能力的影响是不一样

这也是以上两者在磨损量上存在很大差异的主要原因之一

31 碳化物的显微硬度

金金属元素素 碳化物物 显微硬度舰VVV

CC C r r Cf7C3 3 3 2100 0 0

CC C C C3C6 6 165 0 0 0

WWW W W W ZCCC 30 0 0 00

WW W W W CC C 173 0 0 0

同一系列材料

即使对于同一系列和规格的高铬铸铁耐磨材料在同样的试验条件下在短时

间内的磨损量也有较大的差异3 种不同厂家和牌号的高铬铸铁系材料在

MPx 20 0 0 型摩擦磨损试验机上进行了对比试验[24 [26 】,试验条件为采用花岗岩材

载荷P=50oo Mpa 转速 n=34 7r/ m in 试验时间t=3min得出了如下的试验结

果图如图34所示



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34 三种高铬铸铁系材料的相对磨损对比

在本试验中高铬铸铁磨损量最大的M 6比磨损最小的M S大将近两倍由于

制造工艺和化学元素配方上的细微差别其耐磨性也存在较大的差异

(l)制造工艺两个材料配方完全相同(如表 32) 的高铬铸铁 A BA

过热处理B 没有经过热处理在磨损试验机上进行实验载荷为 ZN 磨损时间

4h 进行 3 次实验后取平均值得到如图35 的结果

通过实验结果可以直观的看到相同的材料配方不同的制造工艺导致了磨损

的很大差异这是由于不同的金相组织对耐磨性的影响

试样A
B

B

32 试样的

化学成分

C

M l

1 .0 4 .0

2 .5 2 .8

0 .7

0 .4 0 .8

2 2 2 8

0 .6 -

0 .6 2 .0

< 0 .4

A

基体是马氏

马氏体组织的

硬度高耐磨性好提高了

高铬铸铁的

韧性

基体是奥氏体奥氏体的强

度不如马氏体但其碳化物为片

有利于抗磨

又弥补了它的不足当冲击韧性不是很大B 的抗磨性最好当冲击很大时还是

A 的综合性能比

较好

35 不同制造工艺的磨损对比



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(2)化学元素配方除了上面说的制造工艺对相同系列材料的磨辊磨损的影响

不同的材料配方也会对磨损量产生很大差异。① 基本元素碳是钢铁中的基本

元素其作用是形成高硬度的碳化物适量提高碳的含量可进一步提高材质的抗磨

性能延长磨辊的使用寿命但是过量会导致材质韧性下降脆性增大机械性能

恶化一般C含量控制在 2.5%2.8%之间;合金元素铬是碳化物形成元素

提高铸铁耐磨性防止出现石墨组织适量的铬可以生成理想的碳化铬其具有很

强的硬度如果铬含量较低形成M3C 型的碳化物不利于耐磨铬很高时

容易形成M 26C 7 型碳化物不仅降低耐磨性而且消耗大量的合金一般Cr控制在

22 % 28% 之间

辊面材质对磨损的影响归根结底还是磨辊材质的耐磨性其他因素都不同程度

地在材质的耐磨性中体现出来材料的耐磨性除与硬度有关外还与材料基体组织

形式碳化物或耐磨质点的形态分布和数量有密切的关系

3.1.2磨料特性

磨粒大小

磨辊产生表面疲劳磨损主要是由于形状不规则的煤粒在磨辊表面进行反复的

犁沟碾压导致裂纹形成和扩展最后以片状磨屑断裂脱落这与磨粒的粒度大

小相关吴清国等人在研究磨粒尺寸对磨料磨损过程的影响的过程中得出存在一

个临界磨粒尺寸直径大约为 100u m 在临界磨粒尺寸以下随着磨粒尺寸的增大

金属的磨损增加在临界磨粒尺寸以上随磨粒尺寸进一步增大磨损仅以很缓慢

的趋势增加或略有下降这是因为当磨粒直径小于 IOOum 随着磨粒的增加尖端

半径增大在相同的压入深度时面积损失增大造成磨损增加但当直径大于 IO0u m

随着

粒的

载能

使

其程度超过随压入深度的

增加导致的

面积损失的

增加所以磨损趋势增加缓慢

有下降

[,,:202

石英及铁矿石含量

60 目无烟煤中分别加入占60 目无烟煤含量5% 10% %石英砂作为实

验用磨料进行磨损实验加载载荷为98N 实验结果如表33所示129 ]



33 不同

北电力

学位论

验结果

石英含量的 60 目无烟煤磨损实

磨料

相对耐磨性 磨损系数

加入石英含 实际石英含 摩擦系数p平均失重g

K(x 10

% %

60 目无烟煤 0.78 0.5 6 03 7 8 4 l4.2

5 5.7 4 0.6 5 1 .0 9 6 9 0.3 5

10 10.70 0.67 2.0711 0.18

1515.66 0.663 .096 1012 9.08

从表中可以看出随着石英含量的增加磨损量在增加通过大量的实验数据我们

得到石英砂含量和磨损率呈线性关系如图36所示

。,飞卑

7 5

1 0

1 2 . 5

1 5

石共珍含t(%)

36 煤中石英砂含量与磨损率的关系

与先前的磨损率与磨料粒度关系线图相比我们看到磨损率与石英含量的线性

关系更加明显石英含量的不同比粒度不同对磨损的影响要大得多这是因为石英

很硬而脆易破碎煤破碎后粒度愈细则石英含量愈多其对磨损的作用掩盖了

粒度的作用因此可以把不同磨粒对磨损的影响归结到煤中石英含量对磨损的影

我们也可以通过变化煤中的

3 .1.3 运行工况

石英含量来研究磨辊磨损的变化

M P S 磨煤机制粉系

统的出力是根据锅炉负

荷的

需要调整给煤量给煤量是制粉





系统的关键磨煤机冷热风调节门的开

需要通过给煤量的变化进行调节使



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得磨煤机的风量及出口温度与制粉系统的出力相适应

MPS 磨煤机制粉系统出力包括磨煤出力干燥出力和通风出力

(l)磨煤出力是指磨煤机本身的研磨装置对磨的碾磨能力M P S 型磨煤机碾磨

能力主要取决于工作转速磨辊数量加载方式加载力大小原煤粒度以及要求

磨出得煤粉细度可磨性能力等

(2)

温度等因素有关

(3) 通风能力是指气流对煤粉的携带能力在给煤量一定时与风流量煤的

干燥程度所要求的煤粉的细度有关

MPS 磨煤机制粉系统的出力需要系统的磨煤出力干燥出力通风出力相协

在最佳工况下互相平衡才能高效低耗产出锅炉所需要的煤粉如果这些工况

条件达不到预定的要求就会严重影响到磨煤机的出力加剧了磨辊等制粉系统设

备的磨损

3.1.4 接触形态

磨辊煤层磨盘处于三体磨料磨损状态如果将煤层看成是一个具有一定厚

宽度的整体那么在未磨损前磨辊与煤层属于线接触,, 随着磨辊磨损的加

剧接触形式变为点接触如果从微观角度来说从一个煤粒对磨辊的磨损研究

么此摩擦副系统属于点接触

3.2 磨辊磨损机理的分析

3.2 .1磨损机理的初定

摩擦是摩擦副表面在相互滑动中发生能量转换产生能量损耗的过程;而磨

损则是由摩擦副之间力学学作用造成的表面损伤和材料剥落据表面

相对运动形式的不同擦系统零件的磨损机理也不相同体表面的相对运动的

基本类型为:滑动滚动冲击摆动根据当今的摩擦学原理按照表面作用

表面层变化和破坏形式等三个方面的情况通常将磨损分为四类:表面疲劳磨损

粒磨损附磨损擦化学磨损对各类磨损可以将材料磨损损伤机制归纳为

切削(犁沟)机制勃着机制和疲劳机制等3种典型机制130 13〕。

在任何一种不同的相对运动中四种基本磨损机理中可能有一种或几种机理起

作用一般来说都是磨损机理的综合在实践中要确定在给定情况下什么类型

的界面磨损机理在起作用常常是困

难的惯常用来检查的给定磨损情况下起作用的



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磨损机理类型的方法是研究磨损表面的外观在表34中列举了因四种基本磨损机

理造成的表面损伤的某些典型特征

34 磨损表面外观

磨损机理 磨损表面外观

表面疲劳磨损 裂纹点蚀

磨粒磨损 擦伤沟纹条痕

粘附磨损 锥刺鳞尾麻点

摩擦化学磨损 反应产物(微粒)

根据上面对中速磨煤机工作原理的叙述可以知道经过破碎的原煤由落煤管进

入中速磨煤机磨盘磨盘在中速的转动煤受到离心力作用向四周运动与磨辊和

磨盘接触这时磨辊受到切向摩擦力而滚动那么磨煤机摩擦系统的零件相对运

动的基本类型为滚动丛相州通过对中速磨煤机磨辊磨损表面的扫描电镜分析

现材料表面有明显的犁沟裂纹贾建民齐纪渝谢敬学在对中速磨煤机磨辊磨

损表面宏观和微观形貌的观察和分析中表明磨损表面存在有切削沟槽和犁沟以及

在沟两侧有脆化微裂纹如图37所示

(:)损表面的宏观形貌特征 (b)锁表面的徽观形貌特征

37 磨辊磨损表面宏观微观形貌特征

磨辊表面出现以上的形貌特征从微切削机理方面解释显微切削磨损分为四

如图38所示38(a)所示为小攻击角的尖锐磨料磨损的典型工况与刨

床刨削金属的情况相似当磨料有足够的硬度和一定的冲击力时可发生典型的

切削”,且得到卷曲状磨屑如果磨料足够硬且攻击角足够大则产生图38(b)

的犁沟变形磨损无论哪种切削磨损都会被后继的磨料碾压抹平或再切削

犁沟如图38(c)所示犁沟和塑性变形坑降低了表层材料的强度和连续性

在材料表面反复进行犁沟碾压导致裂纹形成和扩展最后以片状磨屑断裂脱落

如图38 (d)所示



___ _ .__ 华月些丝丛燮醚登鱼丝二一一一一一一一一

一变形层一犁沟

38 微切削机理示意

经过这些试验的观测和分析并对照表34我们可以初步确定中速磨煤机磨辊

的磨损类型为表面疲劳磨损和磨粒磨损在接触疲劳磨损中磨屑的生成是典型的疲

劳机制过程磨辊研磨物料过程属于接触磨损过程其磨损机制当以疲劳机制为主

虽然磨辊大都是由于产生大量磨屑而引起最终的断裂而失效的但是疲劳磨损失效

是磨粒磨损的不断积累而产生的因此在后续的建模工作中我们使用磨粒磨损机

理作为理论依据[32134]

3.2 .2 磨损机理沿磨辊宽度方向的变化

通过对磨损的磨辊进行观察磨辊外侧具有明显方向性呈波浪状峰谷走

向与磨辊径向近似平行磨辊内侧和宽度部位切削方向紊乱磨辊外侧受切削

磨损作用比内测内测强烈磨痕严重切削方向集中从运行特性来看磨辊的转

动属于从动主要是靠煤层与磨辊间产生的滑动摩擦力带动而这种摩擦力主要产

生于磨盘线速度大于磨辊线速度的

外侧接触区所以磨辊外侧部

位受到磨料的定向

滑动切削作用就远比其内侧和宽度处要强从磨煤机自身的结构特点分析

于磨盘旋转过程中的

离心力的

作用磨盘轨道外侧煤积聚量较多所以磨辊外侧受

到煤料的挤压和磨损程度就大于内侧综上所述磨辊磨损机理沿宽度方向变化的

这种趋势是由磨煤机本身的运行特性和结构特点决定的



华北电力大

硕士

位论文

3.3 本章小结

本章在对己有研究成果的深入了解和认识以及对大量文献数据的统计对比的

基础上对磨辊磨损的影响因素和磨损机理进行了分析总结得到了以下一些结论:

(1)在对材料硬度磨料特性与磨损率的关系研究中我们得到材料的硬度和

磨损率成非线形关系;随着磨料中石英砂含量的增加磨损率呈线形降低这些结

论都是经前量实验证明的较为成熟的理论我们可以将这两个结论作为后续工

作中验证数学模型可靠性的判断依据

(2)通过对不同系列磨辊及同一系列不同制造工艺的磨辊磨损率的对比

到辊面材质对磨损的影响归根结底还是磨辊材质的耐磨性而材料硬度是影响材质

耐磨性的主要因素因此在建模过程中将材料的硬度作为磨损过程的主要影响因

素予以考虑

(3)在磨料特性对磨损过程影响的研究中我们探讨了磨粒大小和石英砂含量

对磨损的影响程度我们看到磨损率与石英含量的线性关系更加明显石英含量的

不同比粒度不同对磨损的影响要大得多可以把不同磨粒对磨损的影响归结到煤中

石英砂含量对磨损的影响因此我们将石英砂的含量作为数学模型中的另一主要

参数

(4)通过对磨辊磨损表面的宏观微观观察及与四大基本磨损机理的磨损表

面特征的

对比我们得到中

速磨煤机磨辊的磨损机理以疲劳磨损为主疲劳磨损是

使磨辊最终失效的直接原因在磨损的过程中是磨粒磨损的不断积累才导致最终的

疲劳磨损失效的磨粒磨损才是磨辊失效的根本原因所以我们将磨粒磨损原理作

为建模的理论依据



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第四章 磨辊磨损过程的数值模型建立

根据第三章对磨损因素和磨损机理的分析总结本文主要是针对MPS 190型这

种中速磨煤机的磨辊的磨损过程进行探讨通过对磨损的三个阶段的特点的总结

利用统计学知识建立了磨损的数学模型进一步描述了磨损率与磨辊硬度及磨料特

性的关系为下文的仿真模型的建立和研究方法的验证提供了理论依据

4.1磨损过程曲线介绍及磨损量关系式的建立

4.1.1磨损过程曲线介绍

机械零件的磨损实效常经历一定的磨损阶段一般磨损分为三个阶段:跑合磨

损阶段稳定磨损阶段剧烈磨损阶段如图41所示

暴恤J’”损阶 居弓烈磨损阶段

l

时间T

41 磨损过程曲线

(l)跑合磨损阶段(图中0a)新的摩擦副在运行初期由于对偶表面的表

面粗糙度值较大实际接触面积较小接触点数少而多数接触点的面积又较大

触点粘着严重因此磨损率较大但随着跑合的进行表面微峰峰顶逐渐磨去

面粗糙度值降低实际接触面积增大接触点数增多磨损率降低为稳定磨损阶

段创造了条件为了避免跑合磨损阶段损坏摩擦副因此跑合磨损阶段多采取在空

车或低负荷下进行;为了缩短跑合时间也可采用含添加剂和固体润滑剂的润滑材

在一定负荷和较高速度下进行跑合跑合结束后应进行清洗并换上新的润滑

材料



华北电力大

位论

(2)稳定磨损阶段(图中ab) 这一阶段磨损缓慢且稳定磨损率保持基本

属正常工作阶段

相应的

横坐标就是

摩擦副的

寿命

(3)剧烈磨损阶段(图中bc ) 经过长时间的稳定磨损后由于摩擦副对偶

表面间的间隙

和表面形貌的改

变以及表层的疲劳其磨损率急

剧增大使机械效率



卜降精度丧失产生异常振动和噪声摩擦副

全失效

:


温度迅速升高最终导致摩擦副完

(l) 在跑合磨损阶段与稳定磨损阶段无明显磨损当表层达到疲劳极限后

产生剧烈磨损滚动轴承多属于这种类型

(2) 跑合磨损阶段磨损较快但当转入稳定磨损阶段后在很长的一段时间内

磨损甚微无明显的剧烈磨损阶段一般特硬材料的磨损( 如刀具等) 就属于这一

(3) 某些摩擦副的磨损从一开始就存在着逐渐加速磨损的现象如阀门的磨

损就属于这种情况

4 .1.2 磨损量关系式的建立

磨损量的大小我们用体积量来表示我们设磨损过程中零件总的磨损量为 V

跑合磨损阶段的磨损量为玲稳定磨损阶段的磨损量为氏剧烈磨损阶段的磨损

量为巧则有

VP+ + (4

(l) 跑合磨损过程中被磨损的体积对单位滑动距离之比必须是接合点处金

属体积变量的函数于是

;

d ,’ = a F

(4 2 )

s—

滑动

距离;

L n 卜一as + e ; F = e(aS +cl )

a—

与载荷有关的常数

s= 0 求得的巧是滑动距离为零时的接合点原来的体积K e

(2)

段的

VP = V0(leaS )

(4 3)

从磨损过程曲

线图上可以

看出稳定阶段图线为一条斜向

上的直线斜率为一

我们可以把图

线用数学

表达式

表示出来为

d d b

两边积分得



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VwbX s

综上所述零件总得磨损量方程式为

V= V0(leaS)+ b x s +

4.2 磨损过程数值模型的建立

通过前面对磨损机理的分析我们可以知道磨辊的磨损实际上煤粒对磨辊表面

的不断犁沟和切削导致磨辊的解除接触疲劳磨损类似于刀具的切削磨损属于

硬材料的磨损一类这类的磨损过程的特点为跑合磨损阶段磨损较快但当转入稳

定磨损阶段后在很长的一段时间内磨损甚微无明显的剧烈磨损阶段这样

们可以把磨辊的磨损过程分为跑和磨损阶段和稳定磨损阶段[35 138 ]省略了第三项

则磨辊磨损过程中磨损量的方程式为

=(1eaS)+ b x s (44)

根据前面对显微切削磨损的四步磨损微观过程的介绍我们可知这四步是切削

和推挤碾压和抹平断裂和剥落交错发生的周而复始最终导致磨辊的磨损失效

在这个过程中多种机理共同作用各种磨损机理的物理数学模型又不相同

们将多种机理放在一起去建立数学模型是很难的所以我们做了如下的假设

我们将微观理论应用到宏观角度来看由于磨损开始时新的磨辊表面的组织

结构形式还没有遭到破坏未经过研磨的磨料硬度较高磨粒粒度较大比较尖锐

经过前期的磨损后磨辊表面形貌特征主要以犁沟和脊隆为主主要以磨粒磨损为

我们把这个阶段定位为跑合阶段随着磨损时间的延续磨粒被磨圆锐度降

颗粒粒度变小这时磨料又将磨痕和脊隆碾压抹平磨辊表面出现裂纹

面层剥落等现象主要以碾压疲劳磨损为主我们将这个阶段定位为稳定阶段

42 单磨粒磨损的几何模型



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跑合阶段以磨粒磨损为主那么根据单磨粒磨损的几何模型如图42所示

假定一圆锥硬磨粒在碾磨压力尸的作用下压入较软的金属中且在切向力的作用下

在软金属表面滑动了dl的距离犁出一道沟槽假若沟槽中的金属全部成为磨屑

则当s=0

一奋一t奋二r’t

(4 5)

p明吮rZ

式中-磨粒的硬度HV

单个磨粒的半径

二一汀r

3tan o ·3二一lz(H ‘_

则跑合阶段的磨损量为

合二一号八(l

稳定磨损阶段dde为一个常数又知在整个磨损过程中总磨损量与总摩擦

距离的比值为材料磨损率I在每个微元处我们也认为d7dsb在给定的载荷和速

度的条件下对于每种材料它是一个常数则稳定阶段的磨损量为

=b X s

T _ 1 _ 一界 (P )3/‘K_(,,le a S+ . bx s

关系设磨煤机

3

H

们建立数学

仿真的目的

是想寻求磨

损量与

运行时间 T 之间

在运行过程中的

转速为 N磨盘与磨辊的节圆

直径为 D

S= DN r

()”e(eDN T )+bx~ (46)

4.3数值模型中参数的确立

4.3 .1磨辊相关结构尺寸的计算

为了简单明确这里我们选用M PS 190型中速磨煤机作例进行简单说明

M PS 190 型磨煤机代表符号的含义为:

M:磨机英文Mil第一个字母M;

R 摆动英文Partn er 第一个字母P;

S:盘子英文Ship第一个字母S;

19 0:表示

节圆

径为 19 00 m m

求出

(l) 磨辊尺寸计算

辊尺寸

可由下列公




北电力

位论

J=0 .778 D

D一一磨盘节圆直径 (mm )

节圆直径即磨盘与磨辊切点轨迹直径对于

M P S 19 0

型磨煤机

J0.778 D = 0 .778 X 190 0 = 148 0 pn

(2)

B= 0 .34d

MPS 190型中速磨煤机的结构尺寸和技术参数列于表41

41M PS 190型磨煤机的参数

磨盘节圆 磨辊直径磨辊宽度 磨盘转速 额定出力 最大出力 电动机

直径 DFmax 功率尸

190 0 rnn l 148 Orn幻匡 49 0 111111 26 .sr /m in 36 t/h 52 t/h 40 0 k w

4.3.2 已知参数的确定

在实际工况条件下系数ab与碾磨力p 有关系下面我们通过实际试验结

果来确定这些参数值

我们将望亭电厂30万千瓦发电机组配备的国产MPS 190型磨煤机的相关参数

已在前面列出现将望亭电厂使用煤质分析列于下表

42 煤质分析

CY % H Y % O Y% NYoo sy%w yoo AYoo Yr% Q yd(KJ/kg) K ox 10

52 .7 3.95 0.85 0.90 8.5 30 28 20 4 4 5 2.43

在实际工况下磨辊的碾磨压力p因受物料层厚度物料粒度大小等因素的影响

而难以精确计算所以一般采用经验公式在各规格磨煤机间作比较其计算公式下

[39]42].

P= B X d X Pa

B— 磨辊宽度m ;

沙一一磨辊直径m;

尸一 磨辊单位压力系数Pa4lo4k创扩

根据表4l中给定的数据我们可以计算得p=0 .49 1.48 x4 104=2 90 08 k g

望亭电厂使用的为山西设备厂生产的 CrZO 铸铁磨辊材质硬度为 70OH V

合以上的求解结果将确定的已知参数列于表 43



碾磨力 p

数的

磨辊硬度 H

华北电力

大学

磨盘转速 N

磨料磨损系数 Ke

4 3 己知参数

磨盘节圆直径 D

7 0 0 H V

1 9 0 0 rnrn

2 6 .s r /m in

2 .4 3

2 9 0 0 8 k g

4 .3 .3 相关

合求

实际磨损量数据的处理

ABC 三个该种型号的磨辊在M PS 190 型磨煤机中的磨损状况见表44

44C rZ o 铸铁磨辊磨损状况

运行时间 (h) A辊的磨损量(~ ) B辊的磨损量 (rn C辊的磨损量(~)

98 1 11 1 0 12

25 0 6 2225 J

5120 3 5

70 4 6

三个磨辊材质和相关性能我们认为完全相同在同样的工作环境下所以我们

可以把ABC三个磨辊在相同时间下的磨损量认为是同一磨辊在在同一时间点

处测量三次所得磨损量为了保证后序曲线拟合工作的准确度我们先对这些数据

作一简单处理

为了确保能拟合准确我们要保证测量点的精密度将偏差较大的点剔除掉

下面以512 0h测得的三个数据为例进行处理处理过程如下:

hl=3 0mm hZ=35mmh3=4 2m m则其平均值为

h= (hl+ h Z+h3 )/3= (30 +35 +42 )/335 .6 7 ror

标准偏差为

(X 一牙)_ } (3035. 67)+(3535. 67)+(4235. 67)

= 6 .0 2 8

n 1 V 3 l

相对标准偏差

RSD= s/h =6.0 2 8 /3 5 .6 7 =0.169 0

那么我们分别对三个数据进行判断它们的相对偏差不大于相对标准偏差

就认为其为好值反之需要剔除掉

rsdl!(人一人l)/I(35.6730)/35.67 0.1590<sD此点为好点

rsdZ}(人一人2)/}}(35.6735)235.67 }0.0157<天功此点为好点



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rsd3}(人一h3)/}}(35.6742)/35.67 }0.1775>尺胭此为坏点剔除掉人3

hlh:为好点那么我们对h;hZ求平均值作为磨辊在运行了slZ Oh时的

磨损量其值为犯.smm我们需要的是磨损体积量磨辊的表面积为1.24x lmmZ

这里忽略磨损过程中表面积削减换算成磨损体积量用于后序的拟合处理其他时

间点的数据处理过程同理将处理结果列于下表45

45 数据处理结果

运行时间A 辊的磨损量B 辊的磨损量 C 辊的磨损量 平均磨损量 磨损体积量

(h) (nn) (nlr) (nu )(m 3 )

9引月U06 ll 10 l2 2 0.0 136 7

1

22 易吐除23 2 0.0 2 7 9 6

30 3 5 易叮除 0.0 4 0 3 8

52 易吐除50 0.0 6 3 3 7

拟合求解未知参数

(l)拟合求解工具软件的选择

MAT LAB 语言是由美国人Clev e Moler1980 年研制的它对后来的控制系

统的理论及计算机辅助设计技术起到了巨大的推动作用因为该语言使用极其容

且提供了丰富的矩阵处理功能所以特别适用于控制系统的研究设计目前已

成为国际控制界最流行的软件它同时也是一个开放的系统有多个针对某一个专

业领域的工具箱MAT LAB具有专门的曲线拟合工具箱有可以用于曲线拟合的内

建函数Mathwb rks 公式也提供了很多工具箱可以用于曲线拟合这些方法可以用

来做线性或者非线性曲线拟合MAT LAB 开放的曲线拟合工具箱是专门为数据集

合进行曲线拟合而设计的它可以用于参数拟合也可以用于非参数拟合有了曲

线拟合工具箱为我们求上述系数提供了便捷的方法利用该工具箱还可以评定拟合

性能给我们一个方便而直观的求解过程鉴于MA IAB 曲线拟合工具箱便捷的

求解方法和友好的人机交互界面等特点顾选用该软件对数学模型中的未知参数进

行求解

(2)未知参数的拟合求解过程

(46) 是型为卜A (leBx)+cx 的函数其为一个一元非线性曲线使

MA IAB 的曲线拟合工具对磨损量数据拟合计算我们将拟合过程中需要的数

据列于下表中



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46 拟合过程中使用数据

H DN运行时间 磨损量

材质K C

(kg) (HV ) (m) (r/s) /T(s) /v(m

35 3 1 6 0 0 0.0 1 3 6 7

90 2 1 6 0 0 0.0 2 7 9 6

Cr20 30 6 0 0 70 0 2.4 3 1.9 0.4 4 1 7

18 4 3 2 0 0 0 0.0 4 0 3 8

25 3 6 5 6 0 0 0.0 6 3 3 7

使用MATLAB 曲线拟合工具箱将拟合出来的系数合特性拟合曲

线以及实验数据点一并输出样就可以方便我们分析拟合结果是否理想们将

Result窗口中的语句给出括误差平方和(ssE )RZ正过得RZ的均方误

(RMSE )

:

Genera lm o d el:

F(t)= l/3 *P i.A(l/2)*(2 90 0 8/700 ).A(3/2 )* 0.002 4 3 *(lexP(a*P i*1.9* 0.4417*T ))+ b*Pi*1.

9* 0 .4 4 1 7 * T

Co efieients(with95 % eo n fidenee b o u n d s):

a= 5.8 8 le00 9 (fixedat bou nd)

G o o d n e ss o f fit:

b= 4.4 8 6 e010 (fixedat bo un d)

SS E :0.000 187 7

Rsqu a re:0.859

Adju sted R square:0.4 2

RM SE :0.006 8 5

根据输出的拟合特性S S E 是拟合值与实际值误差平方和这个值越接近 0

; R squ are 表示拟合的成功率这个值越接近1 越好; A djusted R squ are 这个值

也是越接近1 越好; R M S E 表示拟合所得系数的

均方误差这个值越接近O越好

根据以上的叙述和所得结果我们的拟合结果还是比较理想的这样我们就得出了

数学模型中的待定系数 a= 5 .88 1e0 0 9 b 4.4 86 e0 10 则数学模型确定为:

V = 1/3 *P i.A (l/2 )*(2 9 0 0 8/7 0 0 ).A (3/2 )*0 .0 0 2 4 3 *(lex P (5 .8 8 le0 0 9 *P i* 1.9 *0 .4 4 17 *T ))

+ 4 .4 8 6 e 0 1 0 * P i* 1 .9 * 0 .4 4 1 7 * T ( 4 7 )



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}}! !} }{ {l l! !r尹尹

拟合合合
V 勺妞T T

分分淤

//

//

///

Z.

-}-/:-}

{i’

.’-

i-{ ll 一下一一一 - }}
ZZ Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z

43拟合曲线与实测点

4.4 磨辊磨损过程数学模型的验证

我们通过MATL A B 验证磨辊硬度变化对磨损量的影响与实际实验所得图线

作比较来验证我们的数学模型是否具有分析价值

我们将硬度从100 ~1000HV 划分为10个点数学模型的其他参数不变在磨

损时间达到7000 小时的一个体积磨损量随着磨辊硬度增大的变化曲线

M AT LAB 中编制程序求得曲线图如图44所示[43 1

44硬度与磨损量的关系拟合曲线

32是在实验的基础上得出的材料硬度与体积磨损率的关系曲线图本图为

硬度与体积磨损量的关系曲线图虽然纵坐标表示的量有所区别但是它们的趋势

基本相同从图示我们可以看出磨辊硬度从 IOOHV SOOHV 增大时磨辊的磨



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损量急剧下降磨辊的耐磨性增强;硬度在 SOOHV 7OOHV 阶段磨辊的磨损量

下降缓慢;当磨辊硬度由 700HV 继续增大时磨辊的磨损量基本不变根据分析

我们可以进一步验证硬度与磨损量不是线性的关系硬度并不是衡量材料耐磨性的

指标所以一味的增大硬度并不能明显的改善磨辊的耐磨性反而会使成本增加

前面我们还提到了磨料中石英的含量对磨辊磨损的影响在这里我们也用这个

数学模型验证一下60目无烟煤中分别加入5% 10% 15% 的石英后磨料的磨

损系数K分别为0.00 119 0.0 034 5 0.00 652 0.00 90 8 其他数值参数不变通过

编制程序我们可以得到在磨辊运行时间为7000h 体积磨损量随磨料磨损系数

变化的规律结果如下图所示刚卜145 ]

45磨料中石英含量与磨损量的关系拟合曲线

36是在试验机上磨辊一定时间后得到一个关系图因为实际试验的工况条

与我们在MATL A B 中设定的工况条件不同所以这里的横纵坐标的数值不

但是它们之间的关系是相同的都成线性关系进一步验证了不同磨粒对磨损

的影响可以归结到煤中石英含量对磨损的影响我们也可以通过变化煤中的石英含

量来研究磨辊磨损的变化



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第五章 磨辊磨损过程数值仿真模型的建立及应用

5.1M AT L A B 仿真技术与应用简介

5.1.1系统仿真技术概述

在进行系统仿真的过程中系统是系统分析研究的对象模型是系统分析中能

够表现系统本质的一种描述此外模型也是系统仿真分析控制和优化的基础

而系统仿真技术则是建立在模型基础上的一种实验方法理解了系统模型等基本

概念之后才能够全面而准确地理解系统仿真技术

模型是系统的一种抽象描述是通过反复对系统进行分析研究而得到的系统的

内在联系及其与外界的关系的一种描述在进行系统仿真时用到的模型主要是实体

模型和数学模型本文在进行系统仿真时采用的模型是数学模型数学模型是指对

系统进行抽象简化能够准确表达系统本质的由数学符号表示的一种模型形式

数学模型具有形成简单应用方便经济便于使用计算机技术等优点所以在系

统仿真中通过模型描述系统时一般都采用数学模型146 1

5.1.2M AT L A B 仿真技术的特点与应用

MATL A B 经过长期不断地发展和完善已经成为当今世界上最优秀的数值计算

软件受到了人们的广泛欢迎除了具有强大的科学计算功能和丰富的图形功能之

还具有一些其他软件无法比拟的功能和优点:(l)能够便捷地和其他强大的计

算机软件相结合;(2)具有较高的计算精度能够满足科学计算和工程的要求;(3)

具有源程序的开放性和功能齐备的软件工具包;(4)语言简洁紧凑程序设计流程

灵活易学易用扩充能力强

随着M AT L A B 版本的不断更新功能不断完善今天己集数值计算图形可

视化图像处理以及多媒体技术于一身在航天航空军事经济交通自动

控制通信信号处理系统优化设计等众多领域得到广泛的应用现在MAT L A B

已经成为过内外大学生和研究生进行学习以及科学研究时必须掌握的基本软件工

在设计研究和工业部门MATL A B 也广泛应用于研究和解决各种实际的工程问

5.1.3SIM U L IN K 工具箱简介

M AT L A B 除了上述的

特点外还提供了系统动态仿真工具箱

一一 SIM U L IN K

其使得M AT L A B 的功能得到了进一步的扩展SIM U LIN K 是用M AT L A B 语言建立



华北电力大学硕士学位论文

的一种新型的图形建模工具由模块库模型构造及指令分析和演示程序组成

一个模块化模型化的系统动态仿真环境它免去了程序代码编程带来的低效与繁

既可用于动力学模拟也可使用于控制系统的设计各种功能模块化用户应

sIMU L IN K 对系统进行建模仿真分析时如同堆积积木一样简单方便只需

在模型窗口中直接用鼠标拖放模块建立信号连线进行建模[47 [49 ]

sIM ULIN K 是以模块进行建摸控制系统和控制对象可以分别进行建摸每一

个子模块的参数可以单独修改不影响其他模块的运行从而给系统的扩展带来方

便由于被控对象的模块化标准化采用不同控制模块可以对比不同控制方法的

优劣从中选择最佳的控制算法SIM ULINK不能脱离MAfL AB 而运行

是它借助M ATL AB 在科学计算上得天独厚的优势以及可视化的仿真模型窗口

补了传统软件工具的不足同时SIMULINK 也是众多仿真软件中功能最强大

优秀的一种软件工具它使得动态系统仿真的实现相当方便对系统的非线性因素

的和随机因素的研究也十分便捷直观通过 SIM ULK 还可以对电气机械

通信等的连续离散或是混合系统进行深入的系统建模仿真与分析研究正因为

MATL A B/ SIM ULINK 具有了众多其他同类软件不具备的优点所以受到国内外学

者和工程师的备加关注得以不断地扩充和迅速发展成为当今世界在科学计算和

系统仿真领域里首选的软件工具

5.2 磨辊磨损过程仿真模型的建立

5.2 .1SI M U LINK仿真模型的创建

通过上面使用数学模型对两种影响因素对磨辊磨损量的影响的分析结果该数

学模型在分析一些磨损规律上与实际试验所得结果还是比较吻合的因为我们所得

的数据有限对该模型的可靠性的检验还有待以后进一步的考证那么我们先使用

该模型对磨辊的磨损过程利用MAT LAB sIM u LIN K 模块进行动态仿真[50 ]

仿真模块是创建 sIM U LIN K 仿真模型的

基本单元SIM U L IN K 进行动态系

统仿真的基础用适当的方法创建所需要的仿真模块并将其相互连接起来就构成

了一个系统模型有时为了构造系统模型需要对仿真模块进行一系列的操作

首先打开 sIM u L IN K 模块库把所需要的模块通过复制等操作放在创建模型

窗口这个系统所需要的模块有输入源模块包括: 十个常数信号模块 (C o ns tant )

一个时钟信号模块; 数学模块包括: 五个乘运算模块 (P rodu ct)两个数学函数

模块(M ath F u n etion )一个增益模块 (G ain )一个加运算模块 (A d d )一个乘除

运算模块 (D ivide )一个加减运算模块 ;接收器模块包括 :一个示波器模块( s cop e )

然后根据磨辊磨损系统的数学模型对各个模块进行参数设置其中将增益



华北电力大学硕士学位论文

模块(Gain) 的放大倍数分别设置为l/3*P i.气一1/2)0.188 十个常数信号输入源模

块分别输入磨辊的硬度H磨盘节圆直径D磨盘转速N碾磨压力p磨料磨损

系数Ke系数ab常数13/27t完成各项参数设置后点击OK按钮即可

仿真模块参数设置完成之后就需要连接各个模块之间的信号线了为了连接

信号线方便可以先对模块进行旋转操作然后再进行信号线的连接信号线连接

完毕的系统模型如图51所示设置信号线的标签属性如图52所示

XX X X X X X X

于于XX X X X X X X X X X X X X X

70 7 0

3

·O O O O O ·O O O O O O O O O O

·C ··

1 1

X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X

〔〔习习

1.0 1 0

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X X X X X X X X X X X X X X X X X

X X

..

X X

·C··

5 1 连接信号

线之后的

磨辊磨损过程的

仿真模型

XX X X X X X X X X X

X X X X

口口

一一一一一一

.u.uu

口口

X X X X X X X

x x

XX X X

口口

5 2 磨辊磨损过程的

仿真模型




北电力

位论

建立好系统模型进行完系统模型的调试后就可以进行系统仿真在进行系统

仿真之前先设置仿真的起始停止时间及处理选项然后在仿真模型窗口的菜单

栏中执行simu latiostart命令即可以开始系统仿真仿真结束后双击 Seop e 模块

即可以看到系统的在指定输入情况下的磨损量与时间的关系曲线在下面一小节中

详细针对 SIM U LI N K

动态仿真过程做一介绍

5.2.2 SIM U L IN K 动态仿真

系统模型调试

为了确保建立的系统仿真模型的正确性在进行 sIMU L IN K 动态仿真前

使用 SIMU L IN K 调试器检查模型中可能存在的错误一般SIM U L IN K的调试方

法有两种即图形界面调试器和命令调试命令调试法能够较为灵活和快捷的检查

出模型中的错误但相对于命令调

试法来说图形界面调试器对于初学者比较简单

容易掌握在这里主要使用图形界面调试器来调试模型[S ]

使用 S IM u LI N K 图形界面调试器来查找仿真模型的错误较简单和方便在模

型窗口的菜单栏中执行To ols/s im ulink d eb u g g er 命令如图53 所示则会启动

S IM U L IN K 图形界面调试器如图54 所示

}}奋件-卜妇口口 cl c. 11

赢赢_ _ _ 赚蒸二赢旅庶二

ex ecuted 按钮
分别选择输入源模块和数学模块单击 o isp lay x/0 5 3 s IM U L E

将在所选模块运行前设置显示点K 调试器启动项4 图形界面调试器窗口

模块被执行时显示它的输 o f seleeted b lo ek w h en闷闷

. . ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~

同同 ron一主t t i.. . --

旦叩o r t G . . . . t盯盯

入和输出然后单击按钮 s t e on tinu e ) 开始运行仿真单击 s tep to n ex t b lo ek

按钮对系统进行逐步地运行仿真将每一步的运行过程及各模块仿真过程

的输入和输出值显示在右侧 o utp uts 信息框中这样便于检查各运行模块是否达到

既定的目的并能

够明

显地得知出错的

位置便于对仿真模型做进一步的修改和完




华北电力

大学硕

士学位

使用上述方法调试磨辊磨损过程的仿真模型在逐步运行仿真过程中发现和运

算模块Ad d 输出的结果出现负值和运算模块输出的结果即为此运行时刻磨辊的总

磨损量其输出值为负值是不符合实际运行情况的如图55所示通过使用

SIM U L IN K 调试器中的分步仿真功能键对每个模块的

输入输出进行查询发现

问题出在常数信号输入源模块 a 的设定值因其未将负号输入而导致 A dd 模块输出

结果错误通过修改模块 a 的设定值后输出结果得以纠正如图 56 所示完成对

磨辊磨损过程仿真模型的调试修正后下一步就可以运行该模型进行仿真了

[?2田印 1 0:21 sa ..咏一ut:t j o r’d. a:rz h司人时{_ ~ 0 : 2 1 5. o u tut..j 0 r‘donfIh“『

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少哪川~ 1 ~ ]

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5S A dd 模块的错误输出结果

系统模型的运行仿真

56 修改后Ad d 模块的正确输出结果

对一个模型进行完整地仿真一般需要设置仿真参数开始运行仿真和查看仿

真结果三个步骤 [2r 53z

(1) 设置仿真参数

在模型窗口菜单栏中执行 s im u lation zs im u latio n p aram eters 命令打开仿真参

数设置对话框在该对话框中可以完成对各项仿真参数的设置在这里设置仿真的

起始终止时间和最大步长其它使用默认值起始时间设为 0s 因为磨辊一般的

使用寿命在 80 0010 0 0 0h 所以这里终止时间设为 36 0 0 00 0 0 5最大步长为 7 2 0 0 0 0 5

(2) 运行仿真

在完成仿真参数的设置后就可以开始运行仿真了可以使用命令窗口还有

组合按键运行仿真在仿真运行过程中如果打算停止仿真运行过程仿真模

窗口的菜单栏中执行s im u latio s top 命令

(3) 查看仿真结果

双击示波器 S co Pe 模块

可以看到

统的

在指定

输入

情况下的

磨损量与时间

关系曲线其中横坐标为

运行时间

标为

体积磨损量如图 57 所示




华北电力大学硕士学位论文

57 磨辊磨损过程的仿真结果

5.3 磨辊磨损过程仿真模型的应用

将基于MPS 190 型磨煤机磨辊磨损过程的仿真模型应用到实际生产中通过对

仿真结果的分析验证该仿真模型的实际应用价值;通过改变运行工况来观察输出

结果的变化通过对仿真结果的分析来观察各影响因素对磨损的影响

5.3 .1磨辊磨损过程的仿真模型的实际应用

使用华能南通电厂磨辊的实际磨损过程数据来验证该仿真模型的可靠性

能南通电厂使用的是M PS 型磨煤机磨辊材质是高铬铸铁原煤特性其给出了

具体分析结果下面将实际的运行工况结构尺寸及磨料特性等参数列于表51

其具体的计算过程参照第四章4.3

磨盘节圆直径 D

51 实际

运行工况及结构尺寸参数

磨料磨损系数 Ke

磨盘转速 N

碾磨力 p

磨辊硬度 H

8 9 0 n

0 .6 3 9 8 r / s

6 5 2 0 K g

7 0 0 H V

将这些实际运行工况参数及结构尺寸值输入到对应的常数信号输入源模块中

如图 58 所示红色方框表示的模块为需要输入已

知参数值的

模块输入相应的参数

值后点击开始按钮运行仿真运行仿真结束后双击示波器模块查看输出结果

59所示



华北电

力大学硕十

位论



5 8 实际工况参数输入

5 .3 .2 仿真结果分析

59 实际工况参数下的仿真结果

华能南通电厂M P S 型磨煤机磨辊实际运行过程磨损量如下表 5 2 所示

于需要将磨辊从磨煤机中拆除出来才能进行磨损量的测量这样必须使磨煤机停止

工作才能进行这项工作进而会影响到整个电厂的运行所以只能利用停车检修

的时间进行测量这样就使得测量数据相对较少了15 4 】。

5 2 实际运行体积磨损量

运行时间(s) 磨损量 (m

8 2 8 0 0 0 7 .7 1 5 e 0 0 5

1 6 2 0 0 0 0 0 .0 0 2 3 4 4

2 5 2 0 0 0 0 0 .0 0 3 3 4 4

3 6 0 0 0 0 0 0 .0 0 4 4 7 3

4 8 1 6 8 0 0 0 .0 0 5 3 4 5

5 7 6 0 0 0 0 0 .0 0 6 1 1

6 5 8 8 0 0 0 0 .0 0 6 6 7 5

7 2 0 0 0 0 0 0 .0 0 8 6 6 4

8 5 8 9 6 0 0 0 .0 0 9 1 4

9 3 6 0 0 0 0 0 .0 0 9 8 5

1 1 0 8 8 0 0 0 0 .0 1 0 2 5

1 4 0 0 4 0 0 0 0 .0 1 2 9 2

1 4 4 0 0 0 0 0 0 .0 1 3 2 8

1 5 3 1 4 4 0 0 0 .0 1 8 2 8



华北电力大学硕士学位论文

使用MA ILAB的绘图功能得到了如图510所示的MPS 型磨煤机磨辊磨损

过程的实际运行结果和仿真结果曲线对比图中曲线可以看到仿真结果曲线和实际

运行过程的曲线存在误差引起这样的误差一方面是由于在建立数学模型的过程

没有全面地考虑各种影响因素的影响;另一方面是由于该仿真模型是基于

MPS 190型磨煤机建立的适用范围具有一定局限性;此外磨损过程是个复杂的过

在整个过程中磨辊的硬度磨料的特性碾磨力是时刻变化的在建立数学模

型时没有考虑这方面的影响也是造成误差的一个原因

!! 盖玉奋抽. 粉一蔽飞压一之5 凌鱿八姗飞翻.. 一户味 . ll

琴琴l_ 92 汉皿脚!翅巴万L山二一二二

510 实际运行结果与仿真结果曲线

鉴于上述产生误差的原因对今后的分析研究工作提出以下建议:加强对磨辊

磨损量数据的跟踪记录和统计加大对同类型磨煤机不同工厂运行数据的统计和记

因为在实际的磨损过程中磨辊的硬度是不断变化的磨辊的碾压力也是需要不

断调整的可以从这几个方面对磨辊磨损过程的数学模型和仿真模型做进一步的修

正和完善[55]

为了进一步分析影响磨辊磨损的各影响因素的作用情况通过有规律的改变输

入工况参数来观察仿真结果的变化在这里重点分析磨辊硬度和磨料特性下面分

别进行仿真分析

(l)磨辊硬度

在硬度的常数信号输入源模块H中分别输入 100 20 0 300 400 70 0 100 0

几个磨辊硬度数值其他的常数信号输入源模块的输入值不变这样得到一组仿真

结果曲

线如下图 511一图 516 所示 517 为不同

硬度磨辊的仿真结果







华北电力大学硕士学位论文

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5-17 不同硬度磨辑的仿真结果

二般磨辘允许的磨损厚度为 O.08m ,即允许的体积磨损量为O.02925m3 。通过

对以上仿真结果图形的分析,磨辑硬度为 IOOHV 时,磨辑的使用寿命为 2778b ,磨

棍的使用寿命很短。当磨辘硬度增加到

200HV 时,磨损率明显下降,磨辑使用寿

命增加了两倍为 5000h,随着硬度的增加磨损率逐渐下降。但当硬度从700HV 继续

增加时,磨损率基本保持不变,这与第四章4.4节中使用MATLAB拟合得到的硬度与磨损量的关系相符,与前人通过大量实验得出的经验和规律也吻合。整个仿真的过程只需要几分钟的时间,即省时又省力,而且可以自动记录仿真数据,供给后序分析作使用,仿真结果直观,具有一定的分析精度,也进一步验证了使用动态仿真软件来模拟实际生产过程的可行性。

|使用寿命A

10000 8000 6000 4000 2000

o

100"' - 200 300 400 700 1000

硬度HV

5-18 磨棍硬度使用寿命的

38



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仓鲜

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华北电力大学硕士学位论文

523 磨料磨损系数为5的仿真结果 524 磨料磨损系数为6 的仿真结果

在第三章分析影响磨辊磨损过程的影响因素中提到磨损率与磨料中石英含量呈线性关系在相同的原煤中分别加入不同量的石英砂原煤的磨损系数发生了变化所以研究磨料中石英砂含量对磨损率的影响时可以通过变化磨损系数的值来分析磨损量的变化在第四章中使用M AT L A B 拟合磨损量与磨料中石英砂含量的关系我们得到了与实际理论相符的结果本章使用M AILAB 的仿真功能研究磨损系数与磨损量的关系得到如上几个仿真结果图 K e=2 磨辊使用寿命为90 2 8h ;Ke= 3 磨辊使用寿命减少为 860Oh;Ke=4 磨辊使用寿命为 805 5 h ; Ke= 5 磨辊使用寿命为 750 0h ; Ke=6 磨辊使用寿命为 722 2 h 随着磨料磨损系数的增加磨损量增加磨辊使用寿命基本成等距下降

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华北电力大学硕士学位论文

525 为不同磨料磨损系数与磨损量的关系曲线相邻两条线基本成等间距

从图中可以分析出磨料磨损系数与磨损量成线性关系这与实际理论相符合验证

了仿真模型的可靠性根据仿真结果绘制出图 526 磨料磨损系数与磨辊使用寿命

的关系图通过对不同磨损系数的磨料作用下磨辊磨损过程的仿真结果的分析

我们得到图526 磨料磨损系数与磨辊使用寿命的关系曲线结合图525 的分析结

针对当地煤种情况和各厂的资金投入规模尽量选择磨损系数低媒质较好的

煤种

使使用寿命hh

110 0 0 0 00

8800 0 00

6600 0 00

440 0 00

220 0 00

00

磨损系数Kee

526 磨料磨损系数与磨辊使用寿命关系图

5.4 本章小结

本章在前文对影响磨辊磨损的因素和磨损机理分析的基础上和在建立磨损的

数学模型之后M AT L A B SIM U L IN K 工具箱平台上建立了磨损过程的仿真模

使用该模型对实际工况条件下的磨辊磨损过程进行的仿真通过分析不同硬度

磨辊和不同磨损系数的磨料条件下的仿真结果为实际生产过程中磨辊硬度和煤种

的选择提供了参考依据

通过对比仿真得到的不同硬度磨辊和不同磨料磨损系数与磨损率的关系曲线

与实验得到的关系曲线进一步验证了该研究方法的可行性和数学模型的可靠性

并针对产生误差的原因为以后进一步的研究工作提出了意见和建议



华北电力大学硕士学位论文

第六章 结论与展望

6.1论文的相关结论

磨辊是磨煤机的关键部件它的使用寿命直接影响到整个制粉系统的运行周

在对磨辊磨损过程的研究中磨损因素和磨损机理的确定是一个重要问题

择合适的磨辊硬度和煤种能够提高磨辊的使用寿命把仿真技术应用到磨损过程

不但降低人力物力和财力的耗费而且能够为磨辊和磨料的选择提供一定的

参考依据目前国内外对磨辊磨损问题的研究尚未建立起完备的理论对于磨损过

程的影响因素和磨损机理还没有得到清晰的认识磨辊磨损问题的研究己成为制粉

系统乃至整个燃煤电站运行过程稳定性的关键问题之一基于以上原因本文通过

对文献数据的统计分析和仿真模拟相结合的研究方法并结合前人的研究成果

对磨辊磨损过程开展了研究

论文的相关结论为以下几点:

(l)通过对前量文献数据的统计和分析总结得出磨辊硬度与磨损率呈非

线性关系;根据不同系列磨辊及同一系列不同制造工艺的磨辊磨损率的对比结果

得到辊面材质对磨损的影响归根结底还是磨辊材质的耐磨性而材料硬度是影响材

质耐磨性的主要因素在磨料特性对磨损过程影响的研究中我们探讨了磨粒大小

和石英砂含量对磨损的影响程度我们看到磨损率与石英含量的线性关系更加明

石英含量的不同比粒度不同对磨损的影响要大得多因此将这两个影响因素

作为数学模型中的参数

(2)通过对磨辊磨损表面的宏观微观观察及与四大基本磨损机理的磨损表

面特征的对比我们得到中

速磨煤机磨辊的磨损机理以

疲劳磨损为主疲劳磨损是

使磨辊最终失效的直接原因在磨损的过程中是磨粒磨损的不断积累才导致最终的

疲劳磨损失效的磨粒磨损才是磨辊失效的根本原因所以我们将磨粒磨损原理作

为建模的理论依据

(3)将建立的数学模型对磨损过程的拟合结果与上诉理论分析的结果对比

果表明拟合结果与理论分析结果吻合证明了建立的数学模型具有一定可靠性

以较为真实地从某些方面反映磨辊的磨损过程

(4)将基于MPS 190型磨煤机建立的仿真模型用于其他型号磨煤机磨辊磨损过

程的仿真通过对仿真结果的分析表明该仿真模型具有一定的通用性验证了文

中所提出的研究方法的可行性

论文以传统研究方法为基础的统计学方法为研究思路使其更加贴进生产实

主要特点是:



华北电力大学硕士学位论文

(l)研究方法的创新使用以传统研究方法为基础的统计学方法对文献数据

进行统计和分析建立磨损的数学模型利用仿真技术建立磨损的仿真模型再将

仿真模型应用到实际生产中为磨辊选型和磨料的选择提供更加贴近实际的参考依

(2)数学模型的建立对磨辊磨损过程的数学描述国内外还没有针对性的数学

模型本文通过对磨损影响因素和磨损机理的分析在深入了解磨损过程的三个阶

段的磨损率特点的基础上建立了体积磨损量与运行时间的数学模型

(3) 实际应用价值将仿真技术应用到磨辊磨损过程的实际生产中通过向模

型中输入特定的工况条件通过仿真分析为磨辊硬度和磨料的选择提供参考依据

避免了使用传统的实验方法而带来得过大的人力财力和物力的浪费

6.2 未来研究工作的展望

磨辊磨损过程中的影响因素除了本文所讨论的这些还有很多在磨辊磨损机理

方面还需要更加深入的研究由于时间和条件的本文未能进行其余部分的研

因此作者认为对于中速磨煤机磨辊磨损过程的仿真研究还可以围绕下面几个

方面进行

(l)对磨辊磨损过程中的影响因素进行深入分析明确磨辊的磨损机理在分

析磨辊磨损的过程中尽可能全面地将各种影响因素考虑进去使得分析更为精准

同时加大各类型设备在实际运行中数据的跟踪收集和积累

(2)在建立数学模型的过程中应考虑磨辊硬度碾磨力等影响因素随运行时

间的累积而不断变化的情况

(3)在对磨辊磨损影响因素分析的基础上不断改进和完善磨辊磨损过程的数

学模型和仿真模型

仿

(4) 可以考

使

仿

程的

仿

对比

仿




1

.

华北电

力大学

硕士

位论文

文献

.

:

199 3 :10 0 ~ 12 5

2j 潘国

.

M P S2 25

机的

特性

及维

.

江电

20 01 (1) :

15~ 17

3]

. 仿

.

2 0 00

17(5 ):36 ~ 38

4] 王子

. 现代

仿

真技

.

技和

产业20 00 2 (2) : 1

4

5]

.

仿

.

统仿真学报20 0 4 16(9 ):187 1 ~ 187 8

6 吕崇德薛亚

.

厂系

仿

真技

术的

.

仿真

研究

专题20 07

25 (8 ):5~ 10

[7Pod raP An d e rs son 5 .Finitee lem e n tan a lys iSo fwea rSim u lationo f

a e o n iea lspinn ing e o n tae teo n side ring surfae e top o g rap h y .Wea r19 9 9 22 4 :

13~ 21

[8Jae o b so n S WallenP Ho gm a rk 5.Fu n d a men talaspe e tsofab rasivew ea r

stud ied b y a n e w nu meriea lsimulation mod e l. Wea r19 8 8 12 3 :20 7 22 3

9]陈佳新白华宁.MPS型中速磨煤机运行状况的分析.宁夏电力

20 0 6 (3):58 ~ 6 1

1邓守军孙乐民张永振.磨损机理的变迁与现状.机械研究与应用20 0 4

17(6 ):1012

1 1] 严立徐久军潘新

. 磨损问题的

仿

真求解研究. 摩擦学学报19 99

19(l):50 55

12

.

预防

研究

状与

.

擦学

19 99 19 (2) : 18 7 ~ 192

13Wa rr en MGa rr iso n Jr.Ab rasive we a r r esista ne e :the e ff ee ts of

plou g h ing and the remova lof plou g h e d material. we ar198 7 11 4:23 9 24 7

14

. M PS

.

199 8 (4):12~ 15

15

.

M P S 2 4 5

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.

西电

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19 9 7 17 (4) :




华北电力

硕士

45 ~ 4 7

16]

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建设2 0 06

27 (1):1517

17]

. M PS

.

19 95

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19]

.

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20 0 7 35 (12 ):100 ~ 102

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.

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. 矿山机械2 0 0 0

28 (10 ):1314

21

.

.

20 07 22 (1) : 77 ~

79

22 正中

.

辊的

材料特性

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磨性. 粮食与

工业2 0 0 7 (1 1) :

13~ 15

23温诗铸.材料磨损研究的进展与思考.摩擦学学报20 08 28(l): l~5

24朱国庆郑中甫张茂勋.铬对低碳高铬铸铁性能的影响.热加工工艺

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25) 齐纪渝杨企泰贾建民.中速磨煤机高铬铸铁易磨损件的研究与试

.华北电力学院学报1995 22 (3):35 ~ 4 0

26] 田大标.妮对高铬铸铁堆焊层耐磨性的影响.焊接生产应用20 08 (l):

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道山

.

.

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25 ~ 2 7

30

.

程理论

研究.

科学

技术2 0 0 0

19(1):912

3 1]

道山

.

损中

变形磨

. 西

通大学




北电力

士学

论文

20 0 3 37 (2 ):11 1115

3 2

.

.

:

19 9 0 . 4 02

4 50

出版

[33

.

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:

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199 0

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ind e n teruP P e rbo u n d metho d forstr ess free surf ae e s.Wea r199 2 157 :40 9 ~

418

[37]Stou tK JWa tson w King K G .Th e mierog a metry o flubrieated w e a r

e l a s s i f i e a t i o n

a n d

m o d e l i n g .

M a s s a e h u s e t t s

i n s t i t u t e

o f

t e e h n o l o g y

P r e s s 1 9 7 0 2 : 8 3 ~ 9 9

[38FlemingJRSu h NP.Mee h a n ies oferae k p rop a g a tioninde limitation

wea r.Wea r19 7 7 44 :39 56

39]

.M PS 19 0

中速

.

北电

19 9 1

(2):39 ~ 4 4

[40]LiD YElalem KAn d e rson M Jetal.A m ier osea led y n a miealmod e l

forwea r simulation .Wea r19 9 9 22 5 ~ 22 9 :38 0 ~ 38 6

[41Ela lemK LiD Y.Dyn a miealsimu lationo fan a b rasiv ewea rproe e ss .

Jou rna lofComPu terAide d Materia ls Design 19 9 9 6:185 ~ 193

[42]Nieh o ll s J RStep h e n son D J.Mon te C a rlo mod e li ng o f erosio n

Proe e s s e s .Wea r19 9 5 18 6 ~ 187 : ~ 77

4 3]

平安.

损失

料的

.

2 0 0 0 49 (1) :

23 ~ 2 5

44

韩中

. 电厂中

辊的

研究.

2 0 0 3 (2 ) : 3 3

3 5

[4 5 ] P e t e r s e im J E ls in g R D eu er le r F . S im u la t io n o f s l id in g w e a r o f

ha rdPh a seeo n taining metall i e e o mPo u n d materials.Metall 199 8 52 : 3

65 1

4 6

.

机曲线

在非

线

性回

析中

.

大学

( 自然

46



华北电力大学硕士学位论文

科学版)1999 29(3):51

47]江亲瑜董美云葛宰林.数值仿真技术及其在磨损研究中的应用.

连铁道学院学报199 7 18(2):39~ 44

48]亲瑜孙晓云李宝良.直动滚子从动件盘型凸轮传动系统磨损的数值

仿真.机械工程学报2000 36(10):86~ 90

49Kap o o rAFran k linF J.Trib ologieallaye rs an d the w e a rofdu e til

materials.Wea r20 0 0 24 5 :20 4 215

[50Fran k linF JWidiy arta lKa p o o rA.Co mpu ter s imu lation o fwea r

an d roll i ng e o n tae t fatigu e .Wea r20 0 125 0 ~ 2 5 1:94 9 95 5

[51]O ’Neil D A Wa yne 5 F.Nu merie alsimu lat ion o ff rae ture ineo a ted

britt lemater ia lss ub jee ted to trib oeo n tae t. J En g Mater Te e h n o l

199 4 116 (4 ):47 1~ 4 78

52

荣国.

仿

概率

寿

.

2 007

32 (11) :127 ~ 130

53]E.T.B.Grosa. Se n sitiv e ge n e rator grou n d faul protee tion.

Proee e ding s of the Am eriea n P o w er eon ferenee 19 7 436 :103 1~ 103 5

吴国清张晓峰方亮.两体磨料磨损的三维动态模拟.摩擦学学报20 0 0

20 (5):36 0 ~ 3 6 4

[5 5 ]A . J . D e g e n a . M ier o p r o e e s so r im p l em e n t e d

d ig ita l f i l t e r s

f o r

t h e

ea leu lation o fsymm etriealeomp o n ents.Wea r198 2 129 (3):100 ~ 103

47



本论文得以顺利完成是与

北电力

硕士

学位论

分不开的

研究生学习

师李

林副教授的

心指导

阶段严谨地治学态度渊博的知识孜孜不倦的工作热情都深深地影响着

在学术上给予了我极大的鼓励在生活上也给了我无限的关怀在此谨向尊敬

的导师致以衷心的感谢!

感谢机械教研室全体老师在论文期间对我的帮助和指导特别是齐纪渝老师给

予我的大力支持和耐心指导;感谢全体机械研究生同学及张磊光师兄在学习期间给

予我的帮助;感谢在研究生期间给予我关怀和帮助的所有朋友们

感谢我的家人和男朋友对我的鼎力支持和关怀感谢他们给予我的无私付出



华北电力大学硕士学位论文

l]

在学期间

发表的学术论文和参加科研情况

.

.

北电

交流年会20 0 8

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