3080圆振动弛张筛动态特性分析及优化设计

发布时间：2020-10-11 00:06

　　 煤炭是中国的基础能源和重要原料,煤炭工业是关系国家经济命脉和能源安全的重要基础产业。选煤是煤炭清洁与高效利用最为经济有效的办法,振动筛分设备是原煤分级、脱水、脱泥、脱介的主要筛分设备之一。但是目前煤炭开采普遍采用综采技术,煤的破碎程度高,且由于采用水力采煤、井下喷水防尘等措施,最终导致原煤中细粒级煤岩石组分和水分含量增加。选用普通直线振动筛对这类潮湿细粒煤进行干法筛分时,筛面糊孔、堵孔现象严重,筛分效率显著降低。近年来,在潮湿细粒煤深度筛分方面,弛张筛以其筛分效率高、处理能力大、不易堵塞等特点存在相对优势,具有广泛的应用前景和市场潜力。但是现有弛张筛多采用静定结构,在激振力、惯性力及物料冲击力的联合作用下,稳定性降低,极易出现刚度以及强度不足,造成筛箱变形、管梁断裂和侧板开裂等问题。针对上述潮湿细粒物料干法深度筛分过程中所存在的问题,本文将超静定理论应用到弛张筛的结构研发中,设计一种超静定网梁体激振系统激振的3080圆振动弛张筛,并以其为研究对象,对其展开理论分析、数值模拟、有限元分析及结构优化设计,研究成果如下:建立3080圆振动弛张筛力学模型,基于影响系数法推导筛箱的三自由度振动微分方程,通过复数法求解,确定振动系统的幅频与相频特性。通过MATLAB/Simulink动态系统建模仿真,了解弛张筛的时域特性。最后根据理论计算结果对3080圆振动弛张筛进行结构设计。采用Mooney-Rivilin模型模拟聚氨酯弹性材料变形时的力学特性,确定模型材料常数,为后续的仿真分析奠定基础。对弛张筛聚氨酯筛面克服堵孔和筛面糊粘问题展开机理分析,然后建立聚氨酯筛面的弹性压杆力学模型,通过理论推导计算,确定聚氨酯筛面不同位置的位移、速度和加速度。最后采用有限元分析方法并对筛面进行仿真分析,确定筛面在工作过程中的应力及变形情况。建立3080圆振动弛张筛有限元分析模型,ANSYS Workbench软件对其进行有限元分析。通过模态分析,获得结构的前十六阶固有频率,通过分析确定在工作频率14.1Hz下,筛箱结构不会产生共振,避免共振对结构所产生的危害。通过对总筛箱和侧板、超静定网梁体结构等关键零部件进行谐响应分析,了解变形及应力分布情况,为3080圆振动弛张筛结构的后续优化改进奠定基础。最后按照结构相似理论制造样机,对样机进行运动学参数测试,验证理论计算与仿真结果的正确性。根据工程结构优化设计理论,建立3080圆振动弛张筛支承梁位置优化设计数学模型,在线性静态结构分析的基础上,利用ANSYS Workbench的Design Exploration快速优化工具箱对4根支承梁在筛箱上的位置进行优化。通过求解分析确定支承梁优化的核心设计变量和最优方案,该方案较好改善了3080圆振动弛张筛筛箱结构的变形和应力分布情况。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD452
【部分图文】：

硕士学位论文率极低，加之水力采煤、井下喷水防尘等措施的采用，最终导致原煤中细粒级煤岩石组分和水分含量增加。当水分较高且矸石泥化时，煤易粘结成团[7, 8]。我国大部分选煤厂目前选用的普通直线振动筛，在对潮湿细粒煤进行干法筛分时，筛面糊孔、堵孔现象严重（如图 1-1 所示），筛分效率显著降低，影响了企业经济效益[7, 8]。

在筛面上做弹跳运动，从而避免颗粒在筛面上滞留于粘附，较好的解决了潮湿细粒原煤深度筛分的难题，如图1-2 所示[13]。图 1-2 弛张弹跳原理Figure 1-2 Relaxation bounce principle弛张筛从出现发展到现在大致经历了以下三个代表性阶段[14-17]：第一代是A.Wehner研制的UMBRA筛,用于小分离粒度筛分,采用筛面配合两个相容安装的筛箱,开创了全新的形成筛面板振动的所谓双路筛分的新方法。但最初的UMBRA筛筛面价格昂贵,物料运输速度低,筛分处理能力小,经普通筛面替代片条筛面的改进,形成 UMBRAX 筛,使双路筛分原取得了大的突破,成倍地提高了抛掷加速度,但驱动装置损耗较高。第二代弛张筛 Hein，Lehman 公司于 1967 年推出的 TORWELL 型弛张筛，该型弛张筛基于 A.Wehner 的发明专利。它采用橡胶、塑料筛面、电动机通过皮带轮减速,由偏心轴传动头将运动传给连杆，筛面两侧摆动杆与上部连杆交错布置，从而形成两个相对运动的摆动系统，但其横梁运动形式只能在小型筛分机上使用，不能设多层筛面，而且传动系统使用大量轴承，可靠性能较差。第三代弛张筛产生于上世纪八十年代，主要包括德国 Liwell 弛张筛、前苏联的 Г3ЛП 型弛张筛以及奥地利 Binder＆Co.公司的 BIVITEC 弛张筛。Liwell弛张筛（如图 1-3 所示）是在 TORWELL 型弛张筛基础上发展起来。该类型弛张筛包括内、外两个独立筛框通过十字梁交叉连接，可变形的筛面被固定在十字梁上。连接部分采用了导向板簧和橡胶弹簧等原件安装到支架上，电机带动前置于筛机的曲柄轴驱动筛框，使内外筛框产生方向相反的往复运动，从而使弛张筛面

硕士学位论文做交替的张紧和松弛运动[18, 19]。Г3ЛП 型弛张筛（如图 1-4 所示）是上、下两个筛箱通过悬挂连杆连接而成，整个筛机由悬挂弹簧悬挂，由电机带动下筛箱做往复直线运动来实现筛面的弛张运动，它的上、下两个筛箱通过悬挂连杆连接而成，整个筛机由悬挂弹簧悬挂，由电机带动下筛箱做往复直线运动来实现筛面的弛张运动[20]。BIVITEC 弛张筛（如图 1-5 所示）是奥地利 Binder＆Co.公司 20 世纪80 年代初研发的产品，这种弛张筛实质是传统的圆振动筛与直线振动筛的结合，工作原理为单一驱动产生双重振动，即通过共振，由一个驱动器提供两个振动，基本的振动是偏心块旋转产生的圆形振动，附加的振动是由浮动筛框产生的椭圆形振动。弹性聚氨酯筛面的两端分别安装在浮动筛框上的固定横梁和浮动横梁上在筛分过程中，聚氨酯筛面连续不断的扩张、收缩，从而获得很高的振动强度，有效防止了筛孔堵塞[21, 22]。
【参考文献】

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本文编号：2835741