陶瓷拋光機的能耗建模與優化方法技術

本發明專利技術公開了一種陶瓷拋光機的能耗建模方法，包括：通過分析磨粒的運動軌跡，對磨粒的速度υ進行建模；以脆性去除的方式建立拋光機磨削模型；根據所述拋光機磨削模型和所述磨粒的速度υ對磨粒磨削的能量消耗進行建模。本發明專利技術還公開了一種陶瓷拋光機的能耗優化方法。本發明專利技術建立了磨粒能耗模型，考慮了不同粒度號的磨粒垂直磨削量對拋光質量和能耗影響。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及拋光機
，尤其涉及一種。
技術介紹
陶瓷拋光機作為瓷磚深加工過程的主要加工設備，廣泛應用于對陶瓷地磚、石材 等建材產品表面拋光，以達到加工后表面平整、光亮、色澤鮮明等生產要求。在瓷質磚的生 產中，拋光工序占了 30%-40%的耗電成本。因此，研宄瓷質磚拋光質量與運動規律，優化 生產工藝參數，降低拋光的能源消耗極具意義。Sousa等人建立了磨粒在拋磨過程的運動學 方程，分析運動參數對加工過程的影響。Sousa和Aurich通過建立瓷磚表面拋磨的時間模 型，分析瓷磚橫向與機器擺動的聯合運動對加工表面的影響。國內，許雄超、王世旺建立了 瓷磚拋光均勻性的計算機仿真模型，探討了拋磨機各運動參數和幾何參數對拋光磚磨削均 勻性的影響。陳彩如等人結合Preston方程，綜合考慮磨削速度、磨削時間與磨削量的影響 建立分析模型，得出當量磨削量的分布規律。 但是這些模型都是以拋光機平面運動軌跡為研宄，忽略磨粒垂直方向的磨削狀 況，并沒有反應出真實的磨削情況而且大多數都是針對同一規格參數的磨粒進行研宄，沒 有結合拋光機上所有磨粒粒度號對瓷磚加工的相互作用；另一方面，對于拋光過程的能耗 研宄，國內外沒有發表過這方面的研宄成果。 下面對拋光機的工作原理進行介紹。以一種新型的擺動式拋光機為原型，拋光機 整體是橫梁帶動所有磨頭做前后擺動，而每個磨頭有6個磨塊。拋光機磨頭的結構示意圖 如圖1所示，磨塊座如圖2所示。拋光機的工作原理為：電機1通過小帶輪2、大帶輪4帶 動主軸旋轉，而后通過剛性連接帶動主動齒輪3,帶動從動齒輪6、凸輪5旋轉。磨盤在公轉 的同時，通過差動輪系，使凸輪5相對磨盤產生一個相對運動，凸輪5驅動主動擺桿7,主動 擺桿7又驅動從動擺桿11，使連接在主動擺桿7和從動擺桿11上的磨塊座8、磨塊座12做 往復的擺動。為了保持磨粒均勻的消耗，每個磨塊座都會繞其自身的中心軸線擺動。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于，提供一種， 建立了磨粒能耗模型，考慮了不同粒度號的磨粒垂直磨削量對拋光質量和能耗影響。 為解決以上技術問題，本專利技術提供了一種陶瓷拋光機的能耗建模方法，包括： 通過分析磨粒的運動軌跡，對磨粒的速度u進行建模，其中， ~* -? -? u=|l9 |=|\V-r 〇)s\x\{(〇-t)}i+{r?ci?-cos(<y-〇+Afk-cos{2-Tif-t)}j\,式 中，古為磨粒t時刻的速度向量，《為拋光機的磨頭角速度、V為傳送帶速度、f為磨頭擺 動頻率，r為磨粒到磨頭的中心的距離，A為磨頭的擺動幅度，r表示與拋光磚的移動的方 向平行的單位向量，_/表示磨頭橫向擺動的方向的單位向量，_/與F垂直； 以脆性去除的方式建立拋光機磨削模型，其中， C1=C1 1/2,式中，C1為工件在磨削時產生的橫向裂紋長度， = (^0 / ^2)(C0t^) : /H''){F/H),C1=Ui(COtiD)5/6A_1/2 (KcH)-1FvI1/2P5/ 8，G:和A都是常數，P為接觸載荷，F是彈性模量，2 ^是壓痕角，K。是陶瓷材料的斷裂 韌性，H是材料的維氏硬度； 根據所述拋光機磨削模型和所述磨粒的速度u對磨粒磨削的能量消耗進行建 模，其中，【主權項】1. 一種陶瓷拋光機的能耗建模方法，其特征在于，包括： 通過分析磨粒的運動軌跡，對磨粒的速度U進行建模，其中，式中，占為磨粒t時刻的速度向量，《為拋光機的磨頭角速度、V為傳送帶速度、f為 磨頭擺動頻率，r為磨粒到磨頭的中屯、的距離，A為磨頭的擺動幅度，f表示與拋光磚的移動 的方向平行的單位向量，7表示磨頭橫向擺動的方向的單位向量，J與f垂直； W脆性去除的方式建立拋光機磨削模型，其中， Ci=C1[1-化作)1勺1/2,式中，Cl為工件在磨削時產生的橫向裂紋長度，C。，和A都是常數，P為接觸載荷，F是彈性模量，21D是壓痕角，K。是陶瓷材料的斷裂初 性，H是材料的維氏硬度； 根據所述拋光機磨削模型和所述磨粒的速度U對磨粒磨削的能量消耗進行建模，其 中， E 式中，E表示磨粒磨削單位體積顆粒的能耗為磨粒的切削面積，L=U-At為磨粒在有效切削時間At內與工件的接觸長度，h表示 工件自由表面到裂紋表面的距離。2. 如權利要求1所述的陶瓷拋光機的能耗建模方法，其特征在于，所述通過分析磨粒 的運動軌跡，對磨粒的速度U進行建模，具體包括； 根據瓷磚移動的向量DE，磨塊圓點到磨粒之間的向量D/?和磨塊橫向移動向量 乂求得磨粒的運動向量度，其中，根據所述磨粒的運動向量求得磨粒的速度U，其中，3. 如權利要求1所述的陶瓷拋光機的能耗建模方法，其特征在于，所述根據所述拋光 機磨削模型和所述磨粒的速度U對磨粒磨削的能量消耗Ek進行建模，具體包括： 計算磨粒在有效切削時間At內與工件接觸長度L，其中，L=u?At; 將磨粒去除的材料體積近似為正四棱錐，則磨粒的切削面積巧根據已知的磨削去除半徑b的立方體顆粒所需的能量為3Gyb，則磨粒磨削單位體積顆 粒的能耗為4. 如權利要求1所述的陶瓷拋光機的能耗建模方法，其特征在于，在根據所述拋光機 磨削模型和所述磨粒的速度0對磨粒磨削的能量消耗進行建模，之后還包括； 將整塊工件的面積近似為n*n個單位面積，則磨削整塊工件的能耗為5. -種陶瓷拋光機的能耗優化方法，其特征在于，包括： 采用如權利要求1~4中任意一項所述的陶瓷拋光機的能耗建模方法對磨粒磨削的能 量消耗建立能耗模型； 根據壓痕斷裂力學模型計算磨粒的最高切削深度m，其中，式中，C為壓頭幾何因，H為材料硬度，P為接觸載荷，0為磨粒 錐頂半角； 將拋光工件表面均勻離散為n*n個相等的區域，并對所述磨粒切削厚度計算方差建立 質量模型，其中，，3扣'=dgx-h〇，h〇=dmax-m'dg為 磨粒直徑，服從正態分布，dgx=dmean+X，XE，化《《ub，式中，fi(w，V，f)、f2(w，V，f)分 別為質量函數和能耗函數，為待優化變量，化和ub分別為待優化變量 的下限和上限約束。【專利摘要】本專利技術公開了一種陶瓷拋光機的能耗建模方法，包括：通過分析磨粒的運動軌跡，對磨粒的速度υ進行建模；以脆性去除的方式建立拋光機磨削模型；根據所述拋光機磨削模型和所述磨粒的速度υ對磨粒磨削的能量消耗進行建模。本專利技術還公開了一種陶瓷拋光機的能耗優化方法。本專利技術建立了磨粒能耗模型，考慮了不同粒度號的磨粒垂直磨削量對拋光質量和能耗影響。【IPC分類】G06F19-00【公開號】CN104794353【申請號】CN201510207882【專利技術人】楊海東, 朱成就, 劉國勝 【申請人】廣東工業大學【公開日】2015年7月22日【申請日】2015年4月28日本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種陶瓷拋光機的能耗建模方法，其特征在于，包括：通過分析磨粒的運動軌跡，對磨粒的速度υ進行建模，其中，式中，為磨粒t時刻的速度向量，ω為拋光機的磨頭角速度、V為傳送帶速度、f為磨頭擺動頻率，r為磨粒到磨頭的中心的距離，A為磨頭的擺動幅度，表示與拋光磚的移動的方向平行的單位向量，表示磨頭橫向擺動的方向的單位向量，與垂直；以脆性去除的方式建立拋光機磨削模型，其中，Cl＝Cl[1?(P0/P)1/4]1/2，式中，Cl為工件在磨削時產生的橫向裂紋長度，P0=(ζ0/A2)(cotψ)-2/3(Kc4/H3)(F/H),]]>Cl＝{ζ1(cotψ)5/6A?1/2(KcH)?1F3/4}1/2P5/8，ζ0，ζ1和A都是常數，P為接觸載荷，F是彈性模量，2ψ是壓痕角，Kc是陶瓷材料的斷裂韌性，H是材料的維氏硬度；根據所述拋光機磨削模型和所述磨粒的速度υ對磨粒磨削的能量消耗進行建模，其中，式中，E表示磨粒磨削單位體積顆粒的能耗，為磨粒的切削面積，ls＝υ·Δt為磨粒在有效切削時間Δt內與工件的接觸長度，h表示工件自由表面到裂紋表面的距離。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊海東，朱成就，劉國勝，
申請(專利權)人：廣東工業大學，
類型：發明
國別省市：廣東;44