简介： 成果简介： 　　盘式连续干燥器是一种高效节能的新型传导式干燥设备，广泛用于化工、轻工、冶炼、环保、食品、医疗、饲料等领域的湿物料干燥。本项目采用数值模拟仿真技术对不同拘束条件和不同焊接顺序条件下干燥盘的残余应力和残余变形进行了计算，优化了焊接顺序和拘束条件，找到了最佳工艺参数。另外设计了一台针对干燥盘薄壁、多焊缝特点的多点电阻焊机，实现了焊接过程的自动化，并将焊接变形由28mm降低到3mm，生产效率提高了60%，干燥盘承压能力提高了25%。采用新型结构和新型焊接工艺生产的干燥盘已经在多家用户单位使用，运行以来，干燥盘没有出现鼓包、开裂现象，表面平整，耙叶在搅动过程中受干扰减小，物料可以均匀受热，干燥效果得到了提升。项目研制过程中授权发明专利1项，发表EI检索论文2篇，培养研究生2名，其中1名研究生毕业论文被评为河北省优秀硕士学位论文。   成果创新性： 1、干燥盘的传统结构设计采用简化的简支梁模型进行推导计算和结构设计，简化模型与实际情况存在差距，计算偏差。本项目采用正交优化设计和数值模拟相结合的方法对干燥盘的结构进行了优化，节省了数值模拟计算工作量，得到了干燥盘的优化结构尺寸； 2、干燥盘焊接变形大，国内外厂家目前主要采用强制变形法来减少其焊接变形，焊后残余应力大，干燥盘的承压能力低。本项目中将干燥盘每条环形焊缝作为一个整体进行编号，然后按照事先设定的焊接顺序对200余条焊缝进行排列，最后采取死活单元法逐个激活进行计算，实现了干燥盘的焊接数值模拟，优化了焊接顺序，焊接变形减少41.5%，生产效率提高30%； 3、国外同类设备大多采用电阻焊进行焊接，焊接效率高、变形小，工人劳动条件好，国为此，开发了一台适合干燥盘的电阻焊专用设备，主要由干燥盘旋转机构、干燥盘送进机构、电阻焊机本体三部分组成。焊接变形为仅电弧焊的10-20%，自动化程度高，生产效率提高了60%； 4、上述研究成果获得了1项国家发明专利，在《焊接学报》发表了2篇文章。   成果独占性： 本项目所有成果均是本课题成员三年来的研究成果，经过了多次验证实验，课题组成员可以重现全部研究结果，但其他单位和个人不具备获取本项目知识产权的可能。 1、干燥盘结构设计和焊接顺序模拟均是在大型数值模拟软件ANSYS下进行的，课题组成员基于APDL语言开发了1万余条源代码，经过了大量的软件测试，并与实际工况获取的温度和应力等进行了多次对比，反复优化后最终用于生产实践，除了本项目研制人员以外，其他单位和个人正常条件下无法获取，目前该程序正在申报软件著作权； 2、开发的多点电阻焊机已经获得了国家发明专利，且已开发出了第一台样机用于课题研究，课题研发过程中与设备加工单位签署了保密协议，除了本项目研制人员以外，理论上其他单位不能侵权复制。即使从结构上可以复制，但焊接工艺参数及焊接顺序无法直接获取。   成果盈利性： 　　本课题通过改变干燥盘的结构，使干燥盘的冲孔数量由原先的237个减少到201个，减少了15%，这样在生产的过程中冲压和焊接的工时也会相应的减小。通过干燥盘电弧焊焊接工艺的优化，焊接变形得以减少，由原先的28mm减少到现在的16.5mm，焊接时间由2.67h减少到2.25h，这样使得厂家每班次（2人一组）一天的生产数量由原先的3个增加到4个。研究过程中开发的干燥盘专用电阻焊机在焊接拉延孔时单孔焊接时间平均约为20s，200多个拉延孔焊接时间仅需7分钟，加上外圈和内圈的焊接，一个干燥盘的焊接时间不会超过1个小时，厂家每班次一天的生产数量由4个增加到8个干燥盘。 按照一个干燥盘5000元的经济利润来算，一年多生产1500个干燥盘所创造的经济价值为750万元，创造的经济效益十分显著。同时利用软件模拟的方法省去的实验材料费依然很可观，每个干燥盘从实验到生产所节省的材料费为2000元，年平均节省可达180多万元。   成果持续性： 1、本课题主要针对直径2.2米的干燥盘进行结构优化设计、电弧焊焊接工艺优化和电阻焊自动焊接，技术服务对象所生产的干燥盘，直径从1.5米到3.5米，材料从碳钢、不锈钢到钛合金，产品种类繁多，本项目研究成果完全可以运用于所有干燥盘焊接变形控制，技术持续创新能力强； 2、开发的软件可以模拟干燥盘在不同温度、不同材料、不同压力和不同对流条件下的服役情况，为项目研制的产品后续质量监控提供了技术手段和理论依据； 3、受限于工厂实际状况，干燥盘在生产的过程中划线比较繁琐下一步通过掩模划线方式精准定位拉延孔中心位置，并通过技术升级，将目前采用的半自动化电阻焊改为全自动焊接方式，则可以进一步提高生产效率、减少人工成本。   成果先进性： 查新报告虽然表明国内外已有干燥盘设计及电阻焊的文献报道，但是，本课题研究的干燥盘焊接变形控制及多点电阻焊机具有如下技术： 1、针对干燥盘结构设计问题，采用正交优化设计和数值模拟相结合的方法对干燥盘的结构进行了优化，节省了数值模拟计算工作量，得到了干燥盘的优化结构尺寸； 2、在有限元模拟中，将干燥盘每条环形焊缝作为一个整体进行编号，然后按照事先设定的焊接顺序对200余条焊缝进行排列，最后采取死活单元法逐个激活进行计算，实现了干燥盘的焊接数值模拟，优化了焊接顺序，焊接变形减少41.5%，生产效率提高30%； 3、开发的电阻焊设备具备的多个电极头不仅可以实现轴向旋转和径向运动，而且可对电极头选择性施压，焊接点数可调，从而焊接过程中可同时焊接多个焊点，保持焊接的对称性，减小焊接变形，具有工作效率高、焊接质量好、降低工人劳动强度等优点。结论为：除本课题组申请的专利和发表的文献外，在国内外文献中未见相同报道。   成熟度：07、环境级：例行试验抽样、整架连通、试验结束   市场分析： 　　项目合作单位石家庄工大化工设备有限公司是中国通用机械工业协会干燥设备分会副理事长单位，是一家拥有自主知识产权，并已形成生产规模，以干燥、蒸发、结晶、过滤、气（汽）液分离技术为核心，化工单元操作设备及压力容器为主要产品的化工综合设备制造商。公司拥有固定客户1000余家，分布在全国各省、市、自治区。公司注册资金10080万元，公司占地350亩，建筑面积6万平方米，拥有各类铆焊和机加工设备，具有很强的设备加工制造能力。石家庄工大化工设备有限公司生产的盘式干燥器被列入第一批干燥设备行业重点企业名单，已经在近千家单位使用，实现产值5亿元以上，分布在全国各地，公司产品广泛应用于化工、轻工、冶炼、环保、食品、医疗、饲料等行业。   商业模式分析： 　　项目研制的干燥盘是石家庄工大化工设备有限公司干燥器的核心部件，该公司干燥器曾获石家庄市科技进步特等奖，市场占有率高。通过减少干燥盘的焊接变形，可以提高干燥盘的生产效率和承压能力，降低干燥盘使用过程中的故障，可以进一步提高干燥器在市场的占有率。同时研发的多点电阻焊机除了运用在该公司的干燥盘焊接以外，也可运用在其他生产干燥盘的公司，通过设备销售可以实现技术的市场转换；同时研发的多点电阻焊接还可以生产薄壁多焊缝的其他构件。如果采用该产品进行干燥器生产规模的扩大与市场占有率的提高，可以新增产值1000万元；如果以研发的专利产品组建公司进行生产销售，年销售台数市场调研情况第一年为100台左右，每台价格为8万元，可以新增产值800万元。   营销状况： 　　最初营销采用试用方式，将新型结构和新型焊接工艺生产的干燥盘在多家用户单位长时间使用（2年左右），通过观察产品质量及运行情况，不断调整工艺参数，最终获得稳定的工艺参数和产品；产品定型后，市场营销仍然集中于干燥盘领域的生产企业，引领干燥盘生产企业改进技术，购买本项目研发的多点电阻焊机，材料采购成本约为3万元，研发成本摊薄为1万元，设备定价为8万元，每家干燥盘生产企业订购10台，则每年约销售100余台，新增产值800万元。通过在项目合作单位石家庄工大化工设备有限公司进行推广，并在河北众多化工企业中运用，有效降低大气污染，不发生因热风和粉尘分离不好随尾气夹带造的产品损失；然后逐步扩大市场占有率，在干燥盘生产企业同行中推广运用；最后在类似产品中进行推广。销售及产品推广模式拟采取参加商品交易会的方式进行。