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1、ee交变载荷作用下大型振动筛的应力分析ee（ee）指导教师：ee【摘要】振动筛广泛用于矿山、煤炭、冶炼、建材、耐火材料、轻工、化工等行业。振动筛的结构和材料直接影响其使用性能和寿命。在工作过程中，筛机主要零部件长期经受周期变化的激振力作用，致使筛箱的侧板、横梁等部件频繁发生断裂事故。因此，基于ANSYS软件,对大型振动筛在激振力交变载荷作用下的疲劳损坏,建立合理的有限元模型,进行动态特性分析,找出薄弱环节,需要对振动筛系统及其结构进行动力学研究，使振动筛的运动符合要求，而且消除筛体的应力集中，避免结构发生共振，这对于提高振动筛的工作效率、延长振动筛的使用寿命具有重要意义。【关键词】振动筛; 有
2、限元; 模态分析; 谐响应分析; Stress Analysis of Large Vibrating Screen under A Lternate LoadWang er-peng (Grade08, Class05, Machine Design Manufacture and Automation, Department of Mechanical Engineering,Shaanxi University of Technology,Han Zhong 723003,Shaanxi)Tutor : Wang yan-yanAbstract：Vibrating screen is w
3、idely used in mining, coal, metallurgy, building materials, refractories, light industry, chemical industry, etc. The structure and materials of the vibrating screen influence its performance of use and life. In working process, the main parts of the vibrating screen often endure long time alternati
4、ng loads, and often result in the lateral board, beams and other components, and occur accident frequently, and have a serious impact on the screening effect shaker and production efficiency. Therefore, based on ANSYS software for large vibrating screen in exciting-vibration force of fatigue damage
5、under alternating loads, the establishment of finite element model of rational, dynamic analysis, identify weaknesses，it has a great significance to research on vibrating screen system and structural dynamics, ensure the motion meeting the equirements, eliminate stress concentration of vibrating scr
6、een, reduce stress and avoid sympathetic vibration for improving its working reliability and extending the life. Key words：Vibrating screen; Finite element; Modal analysis; Harmonic analy目 录1.绪论11.1课题的提出和研究意义11.2振动筛发展方向21.3国内外筛分机械发展状况31.3.1国外筛分机械发展状况31.3.2国内筛分机械发展状况31.4振动筛的分类51.4.1单轴振动筛51.4.2双轴振动筛61
7、.4.3多轴振动筛71.5振动筛的工作原理及结构参数71.5.1振动筛的工作原理71.5.2 ZKB振动筛的主要结构81.6本课题的研究目的、研究内容及方案82.结构动力学的有限元法102.1 有限元法介绍102.1.1有限单元法的基本思想102.1.2有限单元法的基本模型102.1.3有限单元法的分析步骤102.2 有限元法在振动筛结构动力分析中的应用123.ZKB振动筛有限元模型的建立133.1有限元软件ANSYS简介133.1.1ANSYS的组成133.1.2 ANSYS的特点133.1.3ANSYS的主要功能143.2振动筛有限元建模需要考虑的问题153.3有限元模型相关问题的处理15
8、3.3.1筛箱的处理163.3.2激振器的模拟163.3.3筛体的支撑及边界约束的模拟173.4 选择有限元模型的单元173.4.1壳单元的选择173.4.2梁单元的选取183.4.3点质量单元的选取183.4.4弹簧阻尼单元的选取184.ZKB振动筛的模态分析194.1确定有限元模型的材料特性194.2ZKB振动筛有限元模型的建立194.3振动筛的模态有限元分析214.4 ZKB振动筛的动力学修改265.ZKB振动筛的谐响应分析285.1谐响应分析简介285.2用有限元软件进行结构谐响应分析的方法285.3筛箱的谐响应分析286. 结论与展望32致谢33参考文献34251.绪论1.1课题的提
9、出和研究意义随着煤炭加工技术的推广，大型振动筛已在工程中得到广泛应用，例如直线振动筛(直线筛)系高效新型的筛分设备，广泛用于矿山、煤炭、冶炼、建材、耐火材料、轻工、化工等行业。直线振动筛亦可对粉状、颗粒状物料的筛选和分级，广泛应用于塑料、磨料、化工、医药、建材、粮食、炭素、化肥等行业。在各级别的选煤厂，振动筛也是最重要筛分设备，它不同的运动轨迹会对物料的输送产生不同的影响。根据振动筛工作过程的运动轨迹，我们将振动筛分为:直线、圆、和椭圆三种形式的筛分机械。圆运动振动筛工作时，会产生一个旋转着的加速度向量，使筛面上的物料极易分散，堵塞筛孔的可能性小。但圆运动轨迹的抛掷角陡峭，物料输送速度较低，因
10、而在相同条件下处理量不如直线筛。直线振动筛具有的主要特点是:对物料的输送力强，可以水平甚至上仰安装，处理能力大，筛面磨损较小，筛网的寿命较长，筛分效率较高，并且筛箱结构简单，重量较轻，维修方便，物料在筛网上运动的速度大于椭圆筛及圆筛，耗电功率仅为椭圆筛的1/5等优点，是应用最为广泛的筛分产品。随着采煤机械化程度的提高，对振动筛的容量要求越来越大。因此，研究、设计、制造大型直线振动筛就成为一项十分重要的课题。而且目前国产大型直线振动筛的使用寿命无故障运行时间相对于国外还有比较大的差距，这就更促进了振动筛的发展。随着生产和科学技术尤其是计算机辅助设计、制造技术的发展，振动筛也向着高效、精密和自动化
11、方向发展，产品的结构日趋复杂，对工作性能的要求也越来越高。由于筛分机械的工作环境往往比较恶劣，受力相当复杂，所以很容易发生疲劳失效及腐蚀，尤其是下横梁断裂、两侧筛帮开裂、排料口横梁及前帮开裂。在生产过程中，设备的损坏将直接导致经济效益的降低，同时，振动筛在工作过程中的噪声与振动，会严重损害操作者的身体健康，且对环境也造成了严重的破坏，这就要求我们在振动筛的设计与生产过程中，必须满足筛分机械结构的静态、动态特性、噪声低、振动小等要求。木文就是应用动力学分析的方法对某筛分机械研究所自主研发的2ZKB大型直线振动筛进行动态仿真和有限元分析，使筛体的结构能够尽可能合理，满足设计要求，提高其使用寿命和可
12、靠性。国外在振动筛的结构动态设计中起步较早，应用计算机辅助设计进行动态仿真和有限元分析，取得了一些成果，尤其是美国、欧洲等一些发达国家，非常重视机械产品的结构动态设计，并将其作为一个重点发展方向。我国在这方面的研究还相对比较落后，生产出来的振动筛，尤其是大型振动筛普遍存在着强度低、使用寿命短、噪声大、共振振幅大、工作动负荷大、轴承温升大等问题，这就需要我们设计、研发机械产品的能力进一步增强，逐步缩短与发达国家之间的差距，使我们的机械产品的结构和性能得到优化。1.2振动筛发展方向振动筛是通过安装在激振器两侧的偏心块产生的激振力，对筛体的激振而使物料得以分离，从而达到生产要求的一种设备。各种形式的
13、筛分机械在各行各业中得到了广泛应用，对国民经济起着重要作用。从目前国内外的研究动向看，一方面致力于现存筛分机械的运动分析和结构调整;另一方面瞄准新颖的设计目标。探求合理的结构型式、动力配置和动力学参数，以便进一步推动筛分机的应用。综合国内外筛分机械状况，筛分机械应向以下几个方向发展。(l)筛分机械大型化筛分机械大型化是提高处理量的重要途径。近些年来，许多国家都在设计大型振动筛，其中德国早在1976年就已经能制造出单机处理量为1000吨/时的筛分振动机。为了加大激振力，有的国家还将四个激振器并联安装，筛体采用耐疲劳、耐腐蚀能力强的材料制成。实践证明，其使用效果得到各行业的好评。(2)筛分机械标准
14、化、系列化、通用化为了便于设计，专业化生产、保证质量和降低成木，筛分机械己向标准化、系列化、通用化方向发展。德国某公司生产的USL、USK筛分机以宽度200mm为一稽，长度以750mm为一文件，组成两个系列的45种规格产品。其筛网、横梁传动轴、进料板、出料板均实现标准化、系列化、通用化。(3)筛分机械重型化和超重型化为了满足粒度大于400mm的物料分级，我国己研制出适用于大型矿山、采石场，煤矿等场合的重型化和超重型化的筛分机械，使得大粒度的物料得以分级，满足了工作需要。(4)振动筛空间化发展对于筛分细物料，先后出现了旋流振动筛、锥形振动筛旋转概率筛等，既提高了生产能力和筛分效率，又减少了占地面
15、积。(5)振动筛强度增大化筛分机的振动过程逐渐强化，己取得较大的速度和加速度，提高生产能力和筛分效果。1.3国内外筛分机械发展状况1.3.1国外筛分机械发展状况国外从16世纪开始筛分机械的研究与生产，到了18世纪欧洲工业革命时期，筛分机械得到了迅速的发展，使筛分机械发展到较高的水平。比如，美国NRO公司研制出了DFN型双频率振动筛，采用不同的速度激振器。德国的申克公司能提供260种筛分设备，STK公司生产的筛分设备系列品较全，技术水准较高，KUP公司和海因曼公司都研制了双倾角的筛分设备。KHD公司生产200多种规格筛分设备，通用化程度较高，DKR公司研制成三路分配给料，一台高速电机驱动的振动筛。英国为解决从湿原煤中筛出细粒末煤，研制成功了旋流概率筛。前苏联也研制了一种多用处兼有直线振动筛优点的自同步直线振动筛。这些国外知名企业采用先进的设计技术及制造技术，不但生产出适用于各种场合的不同类型的振动筛，而且生产出了性能优良的大型振动筛，受到用户的欢迎，几乎垄断了国内大型振动筛市场。如德国的筛子技术公司和申克公司分别制造出了50 m 和34 m 的大型直线振动筛，日木的神户制钢所和川崎重工也制造出了34m 和48 m 的产品，美国的 CONN WELD公司制造出了27m 的产品。从我国使用大型振动筛的情况来看，进口的德国筛子技术公司和
