摘要
高压辊磨机作为一种高效、节能型的粉磨设备在水泥行业中已得到广泛应用，并正在向金属矿山选矿行业拓展，其巨大的发展潜力促使其形成产业化、系列化的生产趋势。为解决实际开发设计和系列化定型设计中的关键技术问题，本论文采用基于3D特征造型的CAD技术，对高压辊磨机的主要工作部件——组合式压辊进行设计与分析，实现以先进的科技手段解决关键性技术问题，为该设备的开发研制和推广应用奠定基础，推动其产业化、系列化发展进程。本论文主要内容如下：
(1)以三维CAD软件SolidWorks为基础，以特征为桥梁，集成COSMOS／Works、IPA等软件，创建了高压辊磨机组合式压辊设计与分析的系统平台，为CAD技术在组合辊设计过程中的应用提供了实施途径。
(2)从基于特征的零件建模和装配技术的探讨出发，通过实体建模、虚拟装配设计完成组合辊的结构设计；通过对装配体进行静态干涉检查，以检验结构设计的合理性；同时对装配体进行动态模拟设计，拓展了CAD技术的应用领域。
(3)将有限元分析技术应用于组合辊的结构设计过程中，对组合辊的各组成零件按工作状态下的力学模型进行有限元分析，从理论上为产品的结构设计提供有价值的依据，优化各零件的结构、材料性能。
(4)在理论设计与分析的基础上，本论文通过高压辊磨机在姑山矿选厂粉碎铁矿石的工业化运行试验，考核该设备及其组合辊的工作状况。根据现场考察和试验情况，基本上验证了理论设计与分析的可行性和正确性，也发现了一些新问题；同时，对高压辊磨机粉碎铁矿石的粉碎效果和工艺节能性也进行了试验研究，为该技术的进一步研究奠定了基础。
本论文从工程实用角度出发，为高压辊磨机组合辊的开发研制提供了瓶颈技术，该技术的有效实施不但缩短了产品的开发设计周期，提高产品设计质量，降低设计成本，而且为高压辊磨机设备的产业化、系列化发展，加速该设备在金属选矿行业推广应用的进程奠定了技术基础。
High-Pressure Grinding Roller (HPGR), as a kind high-efficiency and energy-saving equipment, has been widely applied in cement industry, and is extending to the domain of metal ore mining and beneficiation, the industrialization and series trend will be formed for its tremendous development potential. In this thesis, assembled grinding rollers-the main working section of HPGR are designed and analyzed with CAD technology based on feature 3D solid modeling to solve the important technical problems in term of development and design of the equipment. It will lay a sound foundation for its application, and fast the proceeding of research and development. The main contents of this thesis are as follow:
(1) The system platform for design and analysis of the assembled grinding rollers is established based on CAD software-SolidWorks, bridged on feature and aggregated with other softwares such as COSMOS/Works, IPA etc, it offers the method of applying CAD technology in designing the assembled grinding rollers.
(2) The structure of assembled grinding rollers is designed through solid modeling and virtual assemble, meanwhile, the structure rationality is tested by checking the static intervention among parts of the assembled grinding rollers, and the application domain of CAD is widened for animated design of the assemble.
(3) Finite element analysis technology is applied in the structure design, the component parts of assembled grinding rollers are analyzed in accordance with their working state, the analysis results become the theoretical document for structure design, thus the dimensions and materials of the structure are optimized rationally.
(4) On the base of theoretical design and analysis, the working state of HPGR and its assembled grinding rollers are tested through the equipment applied to do serial experiment of crushing ironstone on-the-spot at Gu-Shan mining plant. The results of theoretical design and analysis are proved correct and practical, some new problems appear. Meanwhile, the crushing effect and saving energy of the equipment working in process of grinding ironstone are researched, all these lay a foundation for the further study of the technology.
Stating form engineering application, the bottleneck technology is offered to research and development of HPGR's assembled grinding rollers, its enforcement not only shortens the exploratory period of the new product, enhances its design quality, and reduces its research cost, but also lays a technical base for furthering the development progress of industrialized and serial equipments, hastens the equipments' application in metal mining for crushing hard ironstone.
引文
1 杨晓明 高航 徐小荷等．高压辊磨机在冶金矿业的应用前景(J]，金属矿山，1998年，第三期，13～15．
2 方存光 高航 徐小荷等．高压辊磨设备的发展现状(J)，第五届全面粉体工程学术论文集，1998年5月，33～38
3 Norbert Patzelt and Hands Knecht and Wlofgang Baum. Case made for high-pressure roll-grinding in gold plants(J), Mining engineering, 1995. 6, 524～529
4 王贵生．用辊压机粉磨的工艺选择问题(J)，水泥技术，2000年3月，29
5 Thompsen and J. Knecht. High-pressure grinding for copper at Cyprus Sierrita (J), Mining engineering, 1996. 9, 23～25
6 Uwe Sander and Klaus Schonert. Rattling operation and vibrating of high pressure roller mills(J), Precceding of the XX IMPC-Aachen, 1997. 9, 21～26
7 高航 杨晓明 徐晓荷．矿岩高压辊磨的试验研究(J)，东北大学学报(自然科学版)，1997年，第一期，106～109
8 王丽娟 孙雪坤 高航．碎石机有限元失效分析(J)，机械工程学报．2000年，Vol 36．No 4，83～85
9 舒马赫·泰森．新型辊压机耐磨辊面(J)，水泥技术，1999年2月，21～23
10 江旭昌．辊压机(M)，北京，国家建材局情报技术研究所，1995年
11 吴飞青．高压辊磨机相关技术的一些研究(D)，硕士毕业论文，沈阳，东北大学，2000年3月
12 孙家广．计算机辅助设计技术基础(M)，北京，清华大学出版社，2000年9月
13 陈伯雄．三维设计是CAD技术应用的必然趋势(J)，CAD／CAM计算机辅助设计与制造，2000年，第八期，11～13
14 CAD／CAM专家组．微机三维CAD软件测评报告(J)，CAD／CAM计算机辅助设计与制造，2000年，第八期，3～10
15 M. Belaziz, A. Bouras,J.M.Brun. Morphological analysis for product design(J), Computer-Aided Design, 2000, Vol 32. No 5/6, 377～388
16 R. Bidarra W.F.Brons ioort. Semantic feature modelling(J), Computer-Aided Design, 2000, Vol32. No 3, 201～225
17 李书田 郭连水 汪叔淳．产品特征建模中过渡特征的研究(J)，计算机辅助设计与图形学报，1999年，Vol 2．No 1，17～22
18 孟明辰 韩向利．并行设计(M)，北京，机械工业出版社，1999年12月
19 李银玉 张景耀等．一种基于特征的非回转体零件工序图计算机绘图方法(J)，机械设计与制造，2000年，第二期，31～32
20 张风军 刘华明 孙春华等．面向并行CAD／CAM集成的特征建模技术的研究(J)，机械设计，2001年，第一期，35～38
21 吴祚宝 宵田元等．有限元分析与以设计为中心虚拟制造系统的集成(J)，机械工程学报，2000年，Vol 36．No 8，43～46
22 沈志诚 邵全渝 闻邦椿等．选矿手册第二卷第一分册(M)，北京，冶金工业出版社，1993年6月
23 于伶．辊压机预粉磨工艺系统(J)，水泥技术，2000年4月，45
24 王爱群 刘伟民 钟亮等．CAXA电子图板97／98技巧与应用(M)，沈阳，辽宁科学技术出版社，1999年10月
25 刘宏增 黄靖远．虚拟设计(M)，北京，机械工业出版社，1999年12月
26 肖翔 尹文生 岳建鹏等．一种基于配合约束的装配顺序产生算法(J)，计算机辅助设计与图形学报，2001年，第八期，730～734
27 沈梅 何小朝 张铁昌．设计特征模型中的装配特征识别(J)，航空学报，2000年，第六期，567～570
28 李健 郭连水 王凯等．三维装配约束求解的几何推理法(J)，机械设计，2001．7，30～32
29 徐武彬 高中庸 袁爱霞等．计算机动画模拟技术在机构设计中的应用研究(J)，机械设计与研究，2001年，第十七卷第三期，29～31
30 程凯．面向并行产品设计的虚拟装配技术在飞机设计中的应用(J)，航空学报，2001年，第四期，26～28
31 刘晓颖．高铬铸铁球在水泥磨上的应用(J)，水泥技术，2001．2，54
32 生信实维有限公司．SolidWorks2000教程(M)，北京，生信实维有限公司，1999年
33 王贤坤．机械CAD／CAM技术应用与开发(M)，北京，机械工业出版社，2001年2月
34 成凯 马彪等．机械CAD／CAE／CAM／PDM软件的发展现状和应用(J)，机械设计与制造，2001年，第四期，88～90
35 史安娜 王浩．主轴部件三维实体模型的有限元分析法(J)，机械设计与制造，2000年，第二期，18～20
36 张正兴 张福炎 蔡士杰．基于特征参数化设计中的尺寸约束及表示(J)，机械设计，1998年，第五期，1～4
37 杜振杰 高振海等．利用COSMOS／M完成野外急救诊断床床体结构的有限元分析(J)，CAD／CAM计算机辅助设计与制造，2001年，第八期，42～43
38 王彦伟 姚建初等．有限元方法在车身设计中应用(J)，CAD／CAM计算机辅助设计与制造，2000年，第八期，25～28
39 C·P·韦斯特迈耶．辊压破碎机在智利洛斯科罗拉多斯铁矿选矿厂的应用经验(J)，国外金属矿选矿，2001．6，9～11
40 王玉新 陈树昌 李乃华．三维虚拟环境下的机械创新设计(J)，机械设计，2001．7，16～19
41 孙新民 张秋玲 丁洁生．现代设计方法实用教程(M)，北京，人民邮电出版社，1999年3月