回转窑是冶金、化工、建材、特殊废物焚烧处理等行业生产流程中的核心设备,一次停窑事故将引起整个生产流程的中断,造成重大生产损失,保证其安全、高效运行是相应企业提高经济效益的关键。论文以形成一套完备的回转窑设计、维护理论体系为目标,对回转窑的力学机理、结构优化、运行状态调整等问题进行系统深入的研究。 推导了回转窑内物料动态安息角的计算公式,建立了料床与封盖窑壁间对流传热的物理数学模型,并求出了料床与封盖窑壁的对流传热系数,推出了烟气、物料、窑壁净辐射换热量的计算公式,最终建立了多参数耦合工况下回转窑传热过程的综合数学模型,通过数值仿真,得出了窑内烟气、物料、窑壁的温度分布规律。 根据滚圈处筒体的变形及平衡条件,得出了筒体—滚圈的接触角及筒体—滚圈的接触压力分布规律。提出了接触问题的系统分解法,并将回转窑接触大体系分解成筒体与滚圈接触体系、滚圈与托轮接触体系、托轮与托轮轴接触体系。通过在托轮与托轮轴的过盈配合面上设置接触伪单元,对托轮与托轮轴接触体系进行了有限元数值计算。研究了斜压状态下托轮滚圈多体接触模型的特点,基于均匀设计法及有限元分析,拟合了滚圈的力学特征公式。基于多重子结构技术,建立了超长筒体与滚圈的多体接触模型。通过这些研究,得出了如下结论:托轮与滚圈的接触应力基本以接触中心为圆心,由接触中心向着接触边缘逐步递减;滚圈回转一周,截面等效应力交变五次,这种周期性交变应力易导致滚圈开裂;档位段筒体的等效应力远大于跨间筒体等效应力,档位段筒体的强度偏弱,跨间筒体强度有一定富余。 研究出了给定位移下回转窑支承力的有限元通用解法,得出了支承力与轴线偏差的计算公式。研究表明:回转窑支承力受中间档轴线偏差的影响大,受边缘档轴线偏差的影响小;每档支承力主要受本档及其左右两档轴线偏差的影响,受其它档轴线偏差的影响较小;垂直方向的轴线偏差,主要影响载荷在各档支承上的分配,水平方向的轴线偏差主要影响托轮支承力的大小。 将模糊优化与有限元法相结合,建立了筒体结构优化模型,用子问题近似法进行求解,结果表明:筒体结构优化,减少了筒壳的最大等效