大型变直线轨迹等厚筛的结构动力学与动态设计研究

发布时间：2017-10-03 08:02

  本文关键词：大型变直线轨迹等厚筛的结构动力学与动态设计研究

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【摘要】：煤炭是我国的主要能源。选煤是洁净煤炭生产和高效利用最经济有效的办法。筛分作业是选煤的关键环节,广泛应用于煤炭的分级、脱水、脱介和脱泥等。随着我国煤炭消耗量的不断增长,对高筛分效率和大处理量的振动筛的需求也日益迫切。传统等厚振动筛的筛分效率高,但还存在一些诸如动力集中、结构强度低和加工制造困难等缺点,如何确保和提高振动筛结构的强度与刚度是振动筛高效大型化发展道路上面临的首要难题。本课题旨在开发一种新型等厚筛,重点研究了基于三维离散元法的等厚筛虚拟筛分试验、大型BGJ3660变直线轨迹等厚筛的筛面动力学特性、机械设计、动态特性、振动测试与筛分试验,为提高等厚筛结构强度与刚度提供理论和技术支持。论文完成的主要工作和取得的研究结论归纳如下:基于离散元法,建立了等厚筛三维离散元模型,对于粒度为0.8倍筛孔直径的难筛颗粒进行了虚拟试验研究,得到了颗粒分层和透筛状态下的颗粒群分布状态。在此基础上分别研究了等厚筛筛面倾角、振动方向角和振动强度对于等厚筛筛分效果的影响作用。试验结果表明透筛率随振动强度的增大而降低,筛分完成时间随振动强度的增大而缩短,当筛面倾角为0.5°、振动方向角为45°、振动强度为3.5时,该等厚筛具有最佳的筛分效果。研究了大型BGJ3660变直线轨迹等厚筛的弹性结构分级筛面和模块化聚氨酯筛板脱介筛面的动力学特性:建立了多自由度弹性结构分级筛面振动筛的动力学模型,并利用拉格朗日方程对其进行了振动微分方程的推导,分析了弹性体对筛杆的等效作用方式,并基于此求解了弹性体的等效弹簧刚度,进而对筛体及筛杆的时域内加速度响应进行了数值仿真及实验,结果均表明筛面的加速度比振动筛筛体加速度明显增大;建立了模块化聚氨酯筛板脱介筛面的薄板动力学模型,获得了筛板弯曲振动方程固有频率的计算方法。所提出的两种筛面的动力学模型为实现大型BGJ3660等厚筛的可靠性设计提供了一条途径。确立了BGJ3660等厚筛的激振方式与装置,阐明其工作原理,进行BGJ3660等厚筛的动力学分析,利用稳态解法和Newmark-β数值法比较验证模型的准确性,验证该变轨迹振动筛实现等厚筛分的可行性。以BGJ3660为例,确定其关键参数和关键部件,并研制试验样机;进行了BGJ3660的动态分析,包括整机和重要零部件的模态分析和谐响应分析,在工作频率16.67Hz作用下,筛体最大动应力小于24.50 MPa,筛体横向摆动最大位移小于0.45mm,符合国家标准,因而BGJ3660的研发设计是可取的,结构也是合理的。对BGJ3660等厚筛进行了运动参数、横向摆动、筛体应力等振动参数和物料流动速度、处理量等工艺参数进行测试。结果表明:各测点轨迹为近似直线,且自入料端至出料端,筛体振动方向角呈现自大至小的变化,相应的振动强度也呈现减小的趋势,与理论分析及仿真结果一致;测点振幅在设计值之间,振动频率接近电动机激振频率,固有频率与设计值相符;样机横向摆动满足振动筛稳定运行的国标要求;实验测得振动筛各点应力均小于许用应力,振动筛处于安全许用范围内;噪声小于国标要求的90d B;BGJ3660筛分过程中,自入料端至出料端物料运动速度逐渐减小,处理量满足要求,且筛分效率高。因此,BGJ3660等厚筛的振动测试结果表面设备符合设计要求,且具有良好的筛分效果。
【关键词】：振动筛 离散元法 弹性筛面 变直线等厚筛 动态设计 动力学特性
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD452
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-25
• 变量注释表25-27
• 1 绪论27-43
• 1.1 课题研究背景和意义27-28
• 1.2 国内外研究现状28-41
• 1.3 课题主要工作41-42
• 1.4 本章小结42-43
• 2 变直线轨迹等厚筛虚拟筛分试验43-58
• 2.1 变直线轨迹等厚筛分方法的提出43-46
• 2.2 虚拟筛分试验的构建46-50
• 2.3 筛分过程50-51
• 2.4 筛分效果评价51-57
• 2.5 本章小结57-58
• 3 大型BGJ3660 变直线轨迹等厚筛的筛面动力学特性研究58-73
• 3.1 弹性结构分级筛面的动力学分析58-62
• 3.2 弹性体等效弹簧刚度的计算62-64
• 3.3 弹性结构分级筛面的动力学仿真和实验验证64-68
• 3.4 模块化聚氨酯筛板脱介筛面的动力学分析68-72
• 3.5 本章小结72-73
• 4 大型BGJ3660 变直线轨迹等厚筛的机械设计及动态特性分析73-107
• 4.1 大型BGJ3660 等厚筛的动力学分析74-81
• 4.2 大型BGJ3660 等厚筛的关键参数的确定81-90
• 4.3 大型BGJ3660 等厚筛的动态分析90-106
• 4.4 本章小结106-107
• 5 大型BGJ3660 变直线轨迹等厚筛的振动测试与筛分试验107-124
• 5.1 大型BGJ3660 等厚筛的振动测试107-118
• 5.2 大型BGJ3660 等厚筛的工业性试验118-122
• 5.3 本章小结122-124
• 6 结论与展望124-127
• 6.1 结论124-125
• 6.2 创新点125
• 6.3 展望125-127
• 参考文献127-135
• 作者简历135-137
• 学位论文数据集137

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本文编号：964045