CN115229699B - 一种等距直齿磨盘齿型设计方法、系统及计算机存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等距直齿磨盘齿型设计方法、系统及计算机存储介质，方法包括：确定最优目标净切向力值；根据最优目标净切向力值确定磨区当量磨齿总长度目标值；根据磨区当量磨齿总长度目标值确定单组磨齿总长度目标值；确定单组磨齿总长度实际值；比较单组磨齿总长度目标值和单组磨齿总长度实际值，根据比较结果确定齿型参数；确定磨区当量磨齿总长度实际值；比较磨区当量磨齿总长度实际值和磨区当量磨齿总长度目标值，根据比较结果对齿型参数进行调整。本发明针对特定的磨浆过程，以保证浆料质量、降低磨浆能耗为目标，采用经验与理论相结合的方法，可实现等距直齿磨盘齿型参数的参数化、个性化设计，提高等距直齿磨盘设计的灵活性及便捷性。

Description

一种等距直齿磨盘齿型设计方法、系统及计算机存储介质

技术领域

本发明涉及机械设计技术领域，特别涉及一种等距直齿磨盘齿型设计方法、系统及计算机存储介质。

背景技术

等距直齿磨盘(或磨片)是制浆、造纸磨浆过程最典型、应用最广泛、设计最为灵活的磨盘，其齿型设计灵活多变基本能满足各种浆料的磨浆过程，主要分为等距直通齿及多级分区磨盘两类。

目前，对等距直齿磨盘齿型设计的研究均基于以动盘磨齿滑动长度为表征参数的比边缘负荷(Specific Edge Load或SEL)，ZL201910989592.7所提出的等距直齿磨盘设计方法亦基于动盘磨齿滑动长度，其并未考量直齿磨盘的角参数，限制了其有效应用，且难以解决特定目标下等距直齿磨盘齿型的设计问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种等距直齿磨盘齿型设计方法、系统及计算机存储介质，用以解决现有技术中的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种等距直齿磨盘齿型设计方法，包括：

根据浆料及纤维特性、磨浆工艺确定最优目标净切向力值

根据最优目标净切向力值确定磨区当量磨齿总长度目标值L_CT；

根据磨盘尺寸和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT确定单组磨齿总长度目标值L_T；

确定单组磨齿总长度实际值L_A；

比较单组磨齿总长度目标值L_T和单组磨齿总长度实际值L_A，根据比较结果确定齿型参数；

确定磨区当量磨齿总长度实际值L_CA；

比较磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT，根据比较结果对齿型参数进行调整，获得最终的齿型参数。

另一方面，本发明实施例还提供了一种等距直齿磨盘齿型设计系统，包括：

净切向力值确定模块，用于根据浆料及纤维特性、磨浆工艺确定最优目标净切向力值

第一目标值确定模块，用于根据最优目标净切向力值确定磨区当量磨齿总长度目标值L_CT；

第二目标值确定模块，用于根据磨盘尺寸和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT确定单组磨齿总长度目标值L_T；

第一实际值确定模块，用于确定单组磨齿总长度实际值L_A；

第一比较模块，用于比较单组磨齿总长度目标值L_T和单组磨齿总长度实际值L_A，根据比较结果确定齿型参数；

第二实际值确定模块，用于确定磨区当量磨齿总长度实际值L_CA；

第二比较模块，用于比较磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT，根据比较结果对齿型参数进行调整，获得最终的齿型参数。

另一方面，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质中存储有多条计算机指令，该多条计算机指令用于使计算机执行上述的方法。

本发明中的一种等距直齿磨盘齿型设计方法、系统及计算机存储介质，具有以下优点：

引入净切向力值理论，将磨浆功耗与所有齿型的参数相联系，设计方法适用于中心配置、伪配置磨盘、直通齿及多级分区磨盘，满足了所有等距直齿磨盘的设计需求，有利于实现低浓磨浆过程等距直齿磨盘的参数化设计，促进磨盘产品的多元化、个性化、便捷化设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种等距直齿磨盘齿型设计方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的等距直齿磨盘长齿及短齿区域示意图；

图3为本发明实施例提供的等距直通齿磨盘的设计结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种等距直齿磨盘齿型设计方法的流程图。本发明实施例提供了一种等距直齿磨盘齿型设计方法，包括：

S100，根据浆料及纤维特性、磨浆工艺确定最优目标净切向力值

示例性地，可以根据所确定的浆料的种类、纤维特性及磨浆工艺，由人工手动选择或由计算机根据输入的条件自动选择最优目标单个磨齿交错区域的净切向力值多个磨齿交错区域的净切向力值/>组成最优目标净切向力值/>

S110，根据最优目标净切向力值确定磨区当量磨齿总长度目标值L_CT。

示例性地，在S110之前，还包括：确定磨齿倾角α、单组磨齿中心角β和平均磨齿交错角γ。因此S110具体包括：根据最优目标净切向力值磨齿倾角α、单组磨齿中心角β和平均磨齿交错角γ确定磨区当量磨齿总长度目标值L_CT。

低浓磨浆过程中需要保证平均磨齿交错角γ小于90°，一般在30～60°范围内选取。磨齿倾角α包括动盘磨齿倾角α_R和定盘磨齿倾角α_S，等距直齿磨盘的平均磨齿交错角γ为动盘磨齿倾角α_R、定盘磨齿倾角α_S及单组磨齿中心角β之和。动盘磨齿倾角α_R、定盘磨齿倾角α_S及单组磨齿中心角β之和的设计既要保证有效的平均磨齿交错角γ，也要保证磨浆质量及磨浆效率。通常情况下，磨齿倾角α为5～20°，单组磨齿中心角β为15～30°。等距直齿磨盘磨区当量磨齿总长度目标值L_CT可根据以下公式计算：

其中，P_net为磨浆净功率，N为转速，P_net和N均可根据磨齿倾角α和单组磨齿中心角β确定。

S120，根据磨盘尺寸和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT确定单组磨齿总长度目标值L_T。

示例性地，磨盘尺寸包含磨盘外径和磨盘内径，磨盘尺寸的确定方法包括：获取磨盘外径；根据磨盘外径确定磨盘内径。

当磨盘外径r_e确定后，可根据设定的比例值确定磨盘内径r_i，磨盘内外径之比推荐值为0.51～0.6。

在确定磨盘尺寸和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT后，单组磨齿总长度目标值L_T可通过下式确定：

S130，确定单组磨齿总长度实际值L_A。

示例性地，对于等距直通齿磨盘而言，单组磨齿可分为长齿区域l、短齿区域s1及s2，如图2所示，可通过计算长齿区域磨齿平均长度l_l、数量n_l，短齿区域磨齿平均长度l_s1、l_s2及数量n_s1、n_s2，即可得出单组磨齿总长度实际值L_A为：

L_A＝l_l·n_l+l_s1·n_s1+l_s2·n_s2

对于等距多级分区等距直齿磨盘而言，若磨盘共分为j区，可得出单组磨齿总长度实际值L_A为：

因此，等距直齿磨盘单组磨齿总长度实际值L_A可统一表示为：

L_A＝K(a+b)

其中，a为磨齿宽，b为槽宽，K为系数。

S140，比较单组磨齿总长度目标值L_T和单组磨齿总长度实际值L_A，根据比较结果确定齿型参数。

示例性地，齿型参数包括磨齿宽a和槽宽b，因此S140具体包括：比较单组磨齿总长度目标值L_T和单组磨齿总长度实际值L_A，根据比较结果确定磨齿宽a和槽宽b之和；根据浆料确定磨齿宽a和槽宽b。

通过对比单组磨齿总长度目标值L_T与实际值L_A，即可得到磨齿宽a及槽宽b之和。针对不同浆料进行磨浆时，磨齿高度的推荐值为4～8mm，而等距直齿磨盘的其他齿型参数推荐值是不同的，对于针叶木浆，推荐齿宽为3.5～6.5mm，槽宽为2.9～5.9mm；对于阔叶木浆，推荐齿宽为2.0～3.5mm，槽宽为2.2～4mm；对于针叶阔叶混合浆料，推荐齿宽为2.8～4.4mm，槽宽为3.1～4.4mm。根据实际需要处理的浆料确定相应的参数范围，然后从参数范围中选取符合磨齿宽a和槽宽b之和要求的参数即可。

S150，确定磨区当量磨齿总长度实际值L_CA。

示例性地，在确定齿型参数后，可以据此确定各环形区域内动盘磨齿数量n_Rk、平均磨齿倾角α_ARk及磨区径向增量△r_Rk，和定盘磨齿数量n_Sk、平均磨齿倾角α_ASk及磨区径向增量△r_Sk，等距直齿磨盘的磨区当量磨齿总长度实际值L_CA可通过如下方式计算：

S160，比较磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT，根据比较结果对齿型参数进行调整，获得最终的齿型参数。

示例性地，S160具体包括：比较磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT；如果磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT之间的差值超过设定的阈值，对齿型参数进行调整；根据调整后的齿型参数确定相应的磨区当量磨齿总长度实际值L_CA；再次比较调整后的磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT；如果调整后的磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT之间的差值超过阈值，再次对齿型参数进行调整，直到磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT之间的差值小于阈值。

上述阈值可以设置为10％，如果磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT之间的差值超过当量磨齿总长度实际值L_CA或磨区当量磨齿总长度目标值L_CT的10％，则需要对齿型参数进行调整。

在本发明的实施例中，不仅可以对齿型参数中的磨齿宽a和槽宽b进行调整，还可以对其他参数，例如平均磨齿交错角γ进行调整。

实验说明

假设MD3000单盘磨浆机运行磨浆净功率为1±0.05kW，磨盘转速为1460r/min，磨盘外径为r_e为101.5mm，磨盘内径r_i为41.25mm。磨浆过程中采用阔叶木浆料，其平均纤维长度约为0.95mm，磨浆浓度设定为2.5％，生产纸种胶印书刊纸。

磨盘齿型的设计大致依据图1进行。

(1)选择磨浆过程的最优目标值。

轻工行业标准QB T 1211-2010规定。对于一等品的胶印书刊纸而言，其裂断长应大于等于3.2km，当成纸定量60g/m²时，其抗张指数应大于等于31.36Nm/g；而对于优等品的胶印书刊纸来讲，其抗张指数应大于等于34.3Nm/g。除此之外，关于胶印书刊纸紧度的要求为小于等于0.85g/m³，即为成纸松厚度大于等于1.18m³/g。根据实验研究经验，得出其适宜的净切向力应控制在0.086～0.107N之间，为了保证所设计磨齿的适应性，选取其中间数值作为最优目标单个磨齿交错区域的净切向力，其值约为0.097N。

为了保证磨浆效率，同时考量磨浆过程的噪声，本发明设计平均磨齿交错角为40°，磨盘设计类型为中心配置等距直通齿磨盘，沟槽深度为6mm；对于单组磨齿中心角，初步采用较为常见的22.5°，因而根据设定的平均磨齿交错角，可初步确定磨盘磨齿倾角为8.75°。经过计算，可得出磨区当量磨齿总长度目标值L_CT为658.9m和磨盘单组磨齿总长度目标值L_T为0.394m。

若本发明设计的等距直齿磨盘含有左右短齿区域，可计算不同区域内的磨齿数量及不同区域内的平均磨齿长度，如表1所示。

表1不同区域内磨齿数量及平均磨齿长度

对不同区域内的磨齿长度求和可得出单组磨齿总长度实际值为1.656/(a+b)m，而上述得出的单组磨齿总长度目标值为0.394m，因此，可计算得出磨齿宽a及槽宽b之和为4.2mm。

磨浆过程中，采用阔叶木及针叶木混合浆料，可初步确定磨齿宽a为2mm，沟槽宽b为2.3mm。根据以上数据优化所得等距直齿磨盘齿型结构如图2所示。

经实际测量单组磨齿总长度实际值L_A为0.37m，与目标值的偏差为5％。按照设计条件的进行低浓磨浆时，其单个磨齿交错区域的净法向力为0.109N，基本能够满足使用要求。

本发明实施例还提供了一种等距直齿磨盘齿型设计系统，包括：

净切向力值确定模块，用于根据浆料及纤维特性、磨浆工艺确定最优目标净切向力值

第一目标值确定模块，用于根据最优目标净切向力值确定磨区当量磨齿总长度目标值L_CT；

第二目标值确定模块，用于根据磨盘尺寸和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT确定单组磨齿总长度目标值L_T；

第一实际值确定模块，用于确定单组磨齿总长度实际值L_A；

第一比较模块，用于比较单组磨齿总长度目标值L_T和单组磨齿总长度实际值L_A，根据比较结果确定齿型参数；

第二实际值确定模块，用于确定磨区当量磨齿总长度实际值L_CA；

第二比较模块，用于比较磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT，根据比较结果对齿型参数进行调整，获得最终的齿型参数。

本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，该计算机存储介质中存储有多条计算机指令，该多条计算机指令用于使计算机执行上述的方法。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种等距直齿磨盘齿型设计方法，其特征在于，包括：

根据浆料及纤维特性、磨浆工艺确定最优目标净切向力值

根据所述最优目标净切向力值确定磨区当量磨齿总长度目标值L_CT；

根据磨盘尺寸和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT确定单组磨齿总长度目标值L_T；

确定单组磨齿总长度实际值L_A；

比较所述单组磨齿总长度目标值L_T和单组磨齿总长度实际值L_A，根据比较结果确定齿型参数；

确定磨区当量磨齿总长度实际值L_CA；

比较所述磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT，根据比较结果对所述齿型参数进行调整，获得最终的齿型参数。

2.根据权利要求1所述的一种等距直齿磨盘齿型设计方法，其特征在于，所述磨盘尺寸包含磨盘外径和磨盘内径，所述磨盘尺寸的确定方法包括：

获取磨盘外径；

根据所述磨盘外径确定磨盘内径。

3.根据权利要求1所述的一种等距直齿磨盘齿型设计方法，其特征在于，在根据所述最优目标净切向力值确定磨区当量磨齿总长度目标值L_CT之前，还包括：

确定磨齿倾角α、单组磨齿中心角β和平均磨齿交错角γ；

所述根据所述最优目标净切向力值确定磨区当量磨齿总长度目标值L_CT，包括：

根据所述最优目标净切向力值磨齿倾角α、单组磨齿中心角β和平均磨齿交错角γ确定磨区当量磨齿总长度目标值L_CT。

4.根据权利要求1所述的一种等距直齿磨盘齿型设计方法，其特征在于，所述齿型参数包括磨齿宽a和槽宽b，所述比较所述单组磨齿总长度目标值L_T和单组磨齿总长度实际值L_A，根据比较结果确定齿型参数，包括：

比较所述单组磨齿总长度目标值L_T和单组磨齿总长度实际值L_A，根据比较结果确定磨齿宽a和槽宽b之和；

根据浆料确定所述磨齿宽a和槽宽b。

5.根据权利要求1所述的一种等距直齿磨盘齿型设计方法，其特征在于，所述比较所述磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT，根据比较结果对所述齿型参数进行调整，获得最终的齿型参数，包括：

比较所述磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT；

如果所述磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT之间的差值超过设定的阈值，对所述齿型参数进行调整；

根据调整后的齿型参数确定相应的磨区当量磨齿总长度实际值L_CA；

再次比较调整后的磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和所述磨区当量磨齿总长度目标值L_CT；

如果调整后的磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和所述磨区当量磨齿总长度目标值L_CT之间的差值超过所述阈值，再次对所述齿型参数进行调整，直到所述磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和所述磨区当量磨齿总长度目标值L_CT之间的差值小于所述阈值。

6.一种等距直齿磨盘齿型设计系统，其特征在于，包括：

净切向力值确定模块，用于根据浆料及纤维特性、磨浆工艺确定最优目标净切向力值

第一目标值确定模块，用于根据所述最优目标净切向力值确定磨区当量磨齿总长度目标值L_CT；

第二目标值确定模块，用于根据磨盘尺寸和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT确定单组磨齿总长度目标值L_T；

第一实际值确定模块，用于确定单组磨齿总长度实际值L_A；

第一比较模块，用于比较所述单组磨齿总长度目标值L_T和单组磨齿总长度实际值L_A，根据比较结果确定齿型参数；

第二实际值确定模块，用于确定磨区当量磨齿总长度实际值L_CA；

第二比较模块，用于比较所述磨区当量磨齿总长度实际值L_CA和磨区当量磨齿总长度目标值L_CT，根据比较结果对所述齿型参数进行调整，获得最终的齿型参数。

7.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有多条计算机指令，所述多条计算机指令用于使计算机执行权利要求1-5任一项所述的方法。