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本文在广泛查阅大量国内外文献资料和现场实际调研的基础上,较全面地阐述了用于现代高速造纸机湿部压榨的主要技术,重点对靴形压榨的工作原理、结构组成、应用、动力学特性及其运动仿真做了系统的论述和研究。
近年来,国内外对造纸机的压榨部理论与技术进行了大量的研究工作,以加压靴(或简称靴压板)为基础的靴形压榨在20世纪80年代初应运而生,它是将普通(辊式)压榨的瞬时动态线压性脱水改变为静压下宽压区长时间脱水,所以也称其宽压区压榨,靴形压榨是目前最先进的压榨技术。
靴形压榨具有相对宽的压榨区,有利于纸幅的固化,其关键性部件是固定的靴压板,双毛毯随同靴套在其表面做相对运动,它们共同组成压榨区。靴压板用润滑油连续润滑,湿纸页经过靴形压榨后干度和湿强度明显提高,烘干部蒸汽消耗将会大大降低,同时造纸机抄速和产量明显提高,成本降低,成效显著。
靴形压榨的工作原理是基于流体动力学和流体静力学原理的结合,润滑油被注入到靴压板中心,在压区形成液体动力楔,随后形成一层很薄的油膜,不断地润滑靴压板和靴套之间的接触面,这就形成了流动液压托板,此板与可控中高辊形成压区,对纸页完成脱水压榨。
另外,本文对靴形压榨压区的受力状况进行了详细地分析.压区的主要作用力为压榨力和摩擦力,压榨力越大,摩擦力越大,相应所需要的驱动力也越大,为保证压区有较大的压榨力和相对小的驱动力,本文也把压区摩擦力作为研究靴形压榨动力学的关键问题之一做了研究,研究了压区的摩擦状态,并给出了摩擦力与压榨力的关系式。
目前,在靴形压榨上沟纹靴套应用是非常普遍的,主要是将靴套外工作表面制作成沟纹状,以加大脱水效果,本文结合实际,分析了在压榨力作用下,沟纹靴套沟纹的变形和脱水情况。
本文结合文献资料,对靴形压榨理想的压区压力分布曲线和特性进行了系统分析,这是研究靴形压榨的关键所在。本文采用先进的CAE技术及和有限元方法,以靴套为研究对象,建立了靴套压区的力学模型和几何模型。在上压辊位移为变量的条件下,研究了在十种不同位移量下,靴形压榨压区压力的分布状况,并绘成压力分布曲线,与理想的压区压力分布曲线基本相似。
另外,借助于Pro/E软件建立了靴形压榨装置关键部件靴压板压区横截面曲线的数学模型和实体模型,并采用先进制造技术加工出了靴压板实体,为将来实现靴形压榨装置国产化,在理论设计和加工制造方法上奠定了基础。为验证靴形压榨的理论和本论文所研究出的靴压板几何模型、力学模型以及横截面压区曲线的数学模型,通过自主研制的一套靴形压榨和普通压榨实验装置,对所抄造的新闻纸、牛皮纸和白卡纸,在一定的车速,分六组在六种不同的压榨力作用下,进行了脱水性能实验研究,同时对压榨干燥后的纸张又进行了物理和强度等基本性能的测试。实验结果表明,本课题所建立的靴压板各种模型是合理的,靴形压榨具有明显的脱水优势。
本文借助于Pro/E软件,实现了靴形压榨运动过程三维运动仿真,另外,又借助于flash软件完成了其二维平面压榨运动过程的仿真。