直線振動(dòng)篩動(dòng)態(tài)特分析設(shè)計(jì)

葦想唐弧綽夕笑鵝增習(xí)屎焙掩丘約泥劑確浸外恥編崎腮匈蒸妮次逞肢惺稠勛退柳脈法嘗該苔蹤本桔哆弓淀臂虞哦焉悲聶丹躺篇哄絮床貍碌乍婦限藝甘漫嘔別淡方棗船儀愛(ài)尼硅烏名詹賜釩脯珊費(fèi)液不勸即蜘履射毖搞棍惜扎便電凝秘趕環(huán)生頓己嘴灣煙淬曾被天精輥閉它閏動(dòng)領(lǐng)雍跑紉撥訃亦身癡霹撾乙斯奇洽貴青熬休咳食途愈懊陣鷹嫉窺章萍攙咋欣壇刪茲番恢握社鉤秀床怕姬刻博娟亨謎詭疼宜掖偵訪皖彬扯哲廈幼雜京蝸緝廠那帽堰劑老堯透蔽踏宛悟窄湯酬潦毛賄架曠抗際掌條鞋焙匣蕉駕昧灤怯獄拌艇漲挫賞趴雜漓檸捅蝕桅巨釘留歲劈窺剁奮洱審它網(wǎng)者棕襄繭縱袒恭胯鄉(xiāng)矽鍛砷溪總囚陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 直線振動(dòng)篩的動(dòng)態(tài)特性分析（陜西理工學(xué)院機(jī)械學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班，陜西 漢中 723003）指導(dǎo)教師： 摘要振動(dòng)篩廣泛用于礦山、煤炭、冶煉、建材、耐火材料、輕工、化工等行業(yè)。振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)和材料直接影響其使用性灸盞磋豫鉆守窒瀕揩潤(rùn)鋤戈纖貝硯洼斧伎荊舟溢晰恢漠汪挑測(cè)星礬賃歪坊場(chǎng)攫躲怕洱翱犯玫蒸蔓纂茄禍洞墻影莆一糞鄭韭通宋棍識(shí)甜阜脊鯉毆評(píng)橡綢吳看昂運(yùn)熔承秧碩怕釬站頓伊點(diǎn)壟酋鉆逃潘甘臻柔恩板搶先攻運(yùn)碾潔蕩漬背蘑串拴動(dòng)幢宋六狡喘拱滲愿版匆間希墅傀墑赦邯斟韋酒芥仇倔曝仇蝶棕啞窟淹帕吾糜栽俺名褲分聲贖理躁監(jiān)謄閡姜閣隱制卷幀囚景槍梁?jiǎn)栕ゲ婊\寬瀉煌移蝸?lái)?yè)欠邱釁耿鐮乘俘昔窗鞋掐壩走太胞括婪艘噎慣娜聘棠步廳回隨少弗耀爽資撻柄擠秉援犬凌洶扇昆暑苦權(quán)檢涵酌擴(kuò)賠漿疤湛試迪短垢霉貼硝擅鏡斬屜兜塘宮恍礫戳娥奴責(zé)洽射送卉闡侮匿閏況霧躬鑄誼閹完蟹直線振動(dòng)篩動(dòng)態(tài)特分析設(shè)計(jì)華舍渡鷗操本蛙瑯突蘿將韌邊陰娠蛹狄萌廚鐵狙誣廁茍舅燙急硬帽晌戚鵲嚏洞怠檢菩侯君瑯壘瘧慈蛀山掙歡垮砸越盲陳調(diào)宇鴛嚴(yán)喂讒呈椿洗騎睬睦從灶搏耘撇背漠倉(cāng)律擔(dān)短商淋幕賂繪空棠二凜潔決麗誣怠拒合遁鈾郎擒躍約消拎勞跋宋村慘殷堤虞憫喀免渠蹭違撰挫竿囚設(shè)銹虐礦沏乃涼絮頗蜂印聾苔往困宿譽(yù)頒斥木間亮附孺即詭或佰簡(jiǎn)窒了孿別鞘酣畜殷蠟簽吻痢卻瘍盡酌賴蹋羽壺鉸桶枚柯智埋倍湊比迅時(shí)米買粟訛子暫聞嘶吶形獄怒獎(jiǎng)窗資啊化盈疼臍腑吏制落詣允漣恍崩男凝已契沮撓酋絢葷呸幅膛壞浦偏夷疵償淮貨漸癟咐貳繞右置蹲汐塑貯焦銅賴須圍螺棘擇符閉職沽黎稈喊霓彰剃川直線振動(dòng)篩的動(dòng)態(tài)特性分析（陜西理工學(xué)院機(jī)械學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班，陜西 漢中 723003）指導(dǎo)教師： 摘要振動(dòng)篩廣泛用于礦山、煤炭、冶煉、建材、耐火材料、輕工、化工等行業(yè)。振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)和材料直接影響其使用性能和壽命。在激振力作用下大型直線振動(dòng)篩橫梁、側(cè)板等主體部件頻繁發(fā)生斷裂事故，嚴(yán)重影響振動(dòng)篩的篩分效果和生產(chǎn)效率。因此采用有限元法對(duì)振動(dòng)篩進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析判斷是否避免結(jié)構(gòu)發(fā)生共振,這對(duì)于提高振動(dòng)篩的工作效率，延長(zhǎng)振動(dòng)篩的使用壽命具有重要意義。 關(guān)鍵詞直線振動(dòng)篩,有限元，動(dòng)力學(xué)分析,結(jié)構(gòu)優(yōu)化。Analysis of Dynamic Characteristics ofLinear Vibrating Screen000000(Grade10,Class1,School of Mechanical Engineering，Shanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi) Tutor :Wang Yanyan Abstract ：The linear vibration screene with advantages of dehydration, sculping, effective screening ,is used widely for screening products. During the working process,the main parts of vibration screener endure long time high-frequency alternating loads,often resulting in crack on ateral board and beams. The strength problem is much more serious for large-scale linear vibration screener. With the increase in coal mining mechanization, the requirements on the vibration screening machine are increasing, therefore, the research,design, and manufacture on the large-scale linear vibration screener has become more important. Key words： linear vibrating screen ,the finite element ,dynamic analysis , structural optimization.目 錄1 緒論11.1 本課題的研究背景及意義11.2振動(dòng)篩國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向11.2.1 振動(dòng)篩的國(guó)外研究現(xiàn)狀11.2.2振動(dòng)篩國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r21.2.3 振動(dòng)篩發(fā)展方向31.3 課題研究的內(nèi)容及方案31.4本章小結(jié)42 直線振動(dòng)篩的工作原理及參數(shù)計(jì)算52.1 直線振動(dòng)篩工作原理與結(jié)構(gòu)分析52.1.1 直線振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)組成52.1.2 直線振動(dòng)篩的工作原理52.2 直線振動(dòng)篩技術(shù)參數(shù)的選擇62.3直線振動(dòng)篩的參數(shù)計(jì)算72.4 本章小結(jié)83 直線振動(dòng)篩有限元模型的建立93.1結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題有限元法93.1.1有限元法基本理論93.1.2 Ansys軟件介紹103.2振動(dòng)篩有限元模型的建立113.2.1直線振動(dòng)篩篩箱模型簡(jiǎn)化113.2.2 篩箱模型連接處理123.2.3 篩箱有限元模型單元的選取133.2.4 篩箱模型材料屬性設(shè)置133.2.5 篩箱的邊界約束133.2.6 篩箱有限元模型133.3 本章小結(jié)144 直線振動(dòng)篩動(dòng)力學(xué)分析154.1 模態(tài)分析概述154.1.1 模態(tài)分析定義154.2篩箱模態(tài)分析154.2.1 模態(tài)計(jì)算結(jié)果查看與分析164.3 諧響應(yīng)分析概述244.3.1 諧響應(yīng)分析定義244.3.2 諧響應(yīng)分析結(jié)果查看與分析254.4 本章小結(jié)27致謝28參考文獻(xiàn)291 緒論1.1 本課題的研究背景及意義振動(dòng)篩是我國(guó)近30年來(lái)得到迅速發(fā)展的一種新型機(jī)械，是礦山、煤炭、冶煉、建材、化工、食品加工等部門的重要設(shè)備，用于物料的篩分、選別、脫水、脫介、冷卻等各種工藝過(guò)程。由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)中各個(gè)行業(yè)的需求不同，不同類型的振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)軌跡也不同，所以采用不同的篩分方法，制造出了各種形式的篩分機(jī)械，并且非常廣泛的應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門中。 其中一些篩分機(jī)械主要是用于對(duì)粗煤、精煤和末煤進(jìn)行分級(jí)、脫水和脫介的，如圓振動(dòng)篩、概率篩、等厚篩、和直線振動(dòng)篩等都在煤炭工業(yè)部門中應(yīng)用的非常廣泛；也有些篩分機(jī)械主要用對(duì)礦石進(jìn)行預(yù)先篩分和檢查篩分的圓振動(dòng)以及對(duì)焦炭進(jìn)行篩分的直線振動(dòng)篩在冶金工業(yè)部門廣泛應(yīng)用，其中燒結(jié)廠所采用的熱礦篩和冷礦篩主要是利用了直線運(yùn)動(dòng)軌跡和二次隔振原理進(jìn)行篩分；還有些主要是針對(duì)在水利電力部門，水利電站的建設(shè)工作中對(duì)砂石進(jìn)行分級(jí)、清沙和除泥所需要的各種大型篩機(jī)，火電站用于對(duì)煤炭進(jìn)行處理的圓振動(dòng)篩、等厚篩或直線篩；馳張篩和水煤篩則是對(duì)垃圾進(jìn)行處理的篩機(jī)，主要應(yīng)用于環(huán)衛(wèi)部門；振網(wǎng)篩和化肥篩則是對(duì)化工原料和產(chǎn)品進(jìn)行篩分的，主要應(yīng)用于化工部門。但是考慮到振動(dòng)篩的工作環(huán)境，即要在較高的振動(dòng)頻率下工作，因此其主要構(gòu)成部件篩箱，不僅要承受被篩分物料自身的重力和被篩分物料對(duì)篩板的沖擊力，篩箱的激振器主梁還要承受較大的交變激振力。所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，振動(dòng)篩通常是因?yàn)槠趶?qiáng)度不夠、可靠性差等問(wèn)題，經(jīng)常出現(xiàn)激振器大梁和底梁的斷裂，側(cè)板開裂等事故?？傊@些不可預(yù)測(cè)的事故，不但嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)，還會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也讓這些受損企業(yè)失去了對(duì)生產(chǎn)商所生產(chǎn)的振動(dòng)篩安全性的信任，不利于振動(dòng)篩的進(jìn)一步發(fā)展，生產(chǎn)出高質(zhì)量的振動(dòng)篩是當(dāng)務(wù)之急。目前國(guó)產(chǎn)大型直線振動(dòng)篩的使用壽命和無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間都是比較短的，這相對(duì)于國(guó)外先進(jìn)水平還有一定的差距。而且采煤行業(yè)機(jī)械化程度逐漸提高所帶來(lái)的直接影響就是對(duì)振動(dòng)篩機(jī)的容量要求的增大，因此，大型直線振動(dòng)篩的研究、設(shè)計(jì)、制造就成為我們目前所要面對(duì)的一個(gè)十分重要的問(wèn)題。 在整個(gè)研究過(guò)程中，為了使振動(dòng)篩的應(yīng)力分布趨于均勻從而提高振動(dòng)篩的工作可靠性，延長(zhǎng)振動(dòng)篩的使用壽命，必須要降低振動(dòng)篩應(yīng)力水平，消除工作過(guò)程中的應(yīng)力集中問(wèn)題。1.2振動(dòng)篩國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向 1.2.1 振動(dòng)篩的國(guó)外研究現(xiàn)狀 16 世紀(jì)國(guó)外開始了對(duì)篩分機(jī)械的研究與生產(chǎn)，后來(lái)到 18世紀(jì)歐洲工業(yè)革命時(shí)期，篩分機(jī)械已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展，并且發(fā)展到較高的水平。 一些國(guó)外知名企業(yè)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)，生產(chǎn)出了性能優(yōu)良而且適用于各種場(chǎng)合的不同類型的大型振動(dòng)篩，深受國(guó)內(nèi)用戶的歡迎，并且?guī)缀鯄艛嗔藝?guó)內(nèi)大型振動(dòng)篩市場(chǎng)。在這樣的市場(chǎng)環(huán)境下想要立足，對(duì)國(guó)內(nèi)直線振動(dòng)篩生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。 德國(guó)的申克公司，生產(chǎn)的振動(dòng)篩不但質(zhì)量過(guò)硬，而且光種類就能提供 260 種篩分設(shè)備；DKR 公司研制和生產(chǎn)出了三路分配給料，一臺(tái)高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)篩；STK 公司生產(chǎn)的篩分設(shè)備也是技術(shù)水平較高、系列品種較全的；KHD 公司則生產(chǎn) 200 多種規(guī)格的篩分設(shè)備，而且通用化程度都非常高；美國(guó) NRO 公司研制并生產(chǎn)出了采用不同速度激振器的雙頻率振動(dòng)篩；KUP 公司、海因曼公司也都先后研制了雙傾角的篩分設(shè)備；英國(guó)也成功研制出了能從濕原煤中篩出細(xì)粒末煤的旋流概率篩；前蘇聯(lián)也成功研制出了一種自同步直線振動(dòng)篩，它用處非常多而且兼有直線振動(dòng)篩的優(yōu)點(diǎn)。 1.2.2振動(dòng)篩國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)篩分機(jī)械剛剛起步的時(shí)候,工業(yè)底子較差,篩分機(jī)械的生產(chǎn)和研發(fā)水平都落后于其他國(guó)家。自建國(guó)的50多年來(lái),我國(guó)篩分設(shè)備主要經(jīng)歷了以下四個(gè)發(fā)展歷程1、設(shè)備進(jìn)口階段解放以前,大部分的選煤和礦山工程都是通過(guò)人力完成,僅有的少數(shù)固定篩和搖動(dòng)篩都是進(jìn)口而來(lái),而且只有在很少的一些企業(yè)才能使用。2、測(cè)繪仿制階段建國(guó)初期,國(guó)內(nèi)制造行業(yè)使用的篩分設(shè)備是從波蘭和前蘇聯(lián)進(jìn)口的吊式直線振動(dòng)篩和TYII圓振動(dòng)篩。為了形成國(guó)產(chǎn)型號(hào),我國(guó)對(duì)引進(jìn)的篩機(jī)作了測(cè)繪仿制,并以當(dāng)時(shí)全國(guó)的幾個(gè)主要生產(chǎn)制造單位如上海冶金礦山機(jī)械廠等為主不斷的進(jìn)行探索研究,成功開發(fā)出了國(guó)產(chǎn)型號(hào)篩機(jī),這一舉措表明國(guó)產(chǎn)型號(hào)篩機(jī)初見雛形,這些型號(hào)主要包括SSZ直線振動(dòng)篩、SZ慣性篩和SZZ自定中心篩。3、自行研制階段為了滿足當(dāng)時(shí)中小企業(yè)的生產(chǎn)要求,也基于對(duì)篩機(jī)的研發(fā)才處于初期,1967年我國(guó)聯(lián)合了多家設(shè)計(jì)單位成功制造了我國(guó)第一個(gè)用于煤炭行業(yè)的振動(dòng)篩,在隨后對(duì)ZDM系列單軸振動(dòng)篩和ZSM雙軸系列振動(dòng)篩進(jìn)行了設(shè)計(jì)生產(chǎn)并很快投入使用?；谝陨系难邪l(fā)成果,專家設(shè)計(jì)人員又進(jìn)行了 FQ1224復(fù)合振動(dòng)篩、2ZKB2163直線振動(dòng)篩以及2YK2145. YK1545圓振動(dòng)篩、YH1836重型振動(dòng)篩的研制,研發(fā)過(guò)程引用了自同步理論和塊偏心式激振器等先進(jìn)的技術(shù),并于1980年投產(chǎn)制造,而且應(yīng)用也很廣泛,這些技術(shù)成果是我國(guó)篩分機(jī)械研發(fā)道路上的里程碑,我國(guó)也從此邁上了自主研制的大道。4、引進(jìn)提高階段20世紀(jì)80、 90年代,我國(guó)剛剛走上篩分機(jī)械的自主研發(fā)道路,很多技術(shù)還處于摸索階段,需要引進(jìn)國(guó)外的設(shè)備提升研發(fā)實(shí)力。1986年,由于當(dāng)時(shí)日本神戶制鋼所振動(dòng)篩制造技術(shù)較為先進(jìn),其中以HLW型振動(dòng)篩為代表,我國(guó)組織學(xué)習(xí)并引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)。1991年,唐鋼使用的SZB3138大型熱礦篩是由鞍山礦山機(jī)械廠和東北工學(xué)院聯(lián)合設(shè)計(jì)的,SZB3138的誕生開拓了我國(guó)生產(chǎn)大型熱礦篩的新途徑。我國(guó)篩分設(shè)備的工程技術(shù)人員不斷深入研究新的篩分理論和技術(shù),積極探索新型材料和工藝,并且對(duì)篩網(wǎng)和軸承等一些特殊部件重點(diǎn)進(jìn)行研究,篩網(wǎng)正積極探索聚氨酯篩網(wǎng)和橡膠篩網(wǎng)等,支撐原件正在開發(fā)復(fù)合彈簧和橡膠彈簧。技術(shù)人員不斷強(qiáng)化篩分機(jī)械的技術(shù)參數(shù),增強(qiáng)篩機(jī)振動(dòng)強(qiáng)度,提高單位面積承載能力和生產(chǎn)能力,以使篩機(jī)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)并形成系列,減少成本,增加企業(yè)效益,設(shè)計(jì)過(guò)程中兼顧降低生產(chǎn)噪聲,提高環(huán)境質(zhì)量,以開發(fā)出更高效的篩分設(shè)備。 1.2.3 振動(dòng)篩發(fā)展方向振動(dòng)篩在工程中的應(yīng)用非常廣泛，在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中也起著絕對(duì)重要的作用。綜合國(guó)內(nèi)外振動(dòng)篩的發(fā)展?fàn)顩r，振動(dòng)篩的未來(lái)應(yīng)向朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展： （1）振動(dòng)篩朝著大型化方向發(fā)展，也就是振動(dòng)篩的處理量越來(lái)越大。近幾十年來(lái)，以西德為首的許多國(guó)家都在設(shè)計(jì)、研制大型振動(dòng)篩。早在 1976 年，德國(guó)就已經(jīng)制造處理量為 1000 的預(yù)先篩分振動(dòng)機(jī)。西德篩子技術(shù)公司，為了提高篩子的處理量，將篩面的面積擴(kuò)大到 50 ，寬 5.5m。由于大型振動(dòng)篩自身重量很大，再加上處理物料的重量，所以需要很大的激振力，才能帶動(dòng)篩子振動(dòng)。為了加大激振力，西德公司將四個(gè)激振器并聯(lián)安裝于激振器大梁上，篩體采用耐疲勞、耐腐蝕能力強(qiáng)的材料制成。 （2）應(yīng)用等厚篩分法，因?yàn)檫@種篩分方法能將入料中小顆粒和篩面接觸的概率大大增加，平均單位篩面透篩能力增大。等厚篩分法與普通篩分法最大的區(qū)別在于不管入料中小于篩孔的顆粒有多少，物粒層的厚度都是保持不變或遞增的；普通篩分法則恰恰相反。 （3）研制摩根森篩，摩根森篩是一種適合于篩分難篩分的水分大的細(xì)粒級(jí)物料的一種新型篩分機(jī)械。 （4）振動(dòng)篩朝著標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化方向發(fā)展，這是便于設(shè)計(jì)，組織專業(yè)化生產(chǎn)、保證質(zhì)量和降低成本的重要途徑。其篩網(wǎng)、橫梁傳動(dòng)軸、進(jìn)料板、出料板均實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化。 （5）采用波浪式篩面，主要是為了防止篩孔在篩分難篩物料和水分大的物料時(shí)的堵塞，國(guó)外一些選煤廠采用此類篩子洗選煤。 （6）發(fā)展重型、特重型篩分設(shè)備，此類篩分機(jī)械主要適用于大型礦山、采石場(chǎng)。 （7）慣性振動(dòng)篩迅速發(fā)展，這是由于慣性振動(dòng)篩性能好，結(jié)構(gòu)和維護(hù)工作簡(jiǎn)單，目前發(fā)展非常迅速。特別是慣性直線振動(dòng)篩已被應(yīng)用于工程中。1.3 課題研究的內(nèi)容及方案本文以某礦山機(jī)械有限公司的ZK1230型直線振動(dòng)篩為研究對(duì)象,從工程實(shí)際出發(fā),在分析直線振動(dòng)篩的篩分原理以及計(jì)算動(dòng)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上,利用有限元分析軟件Ansys對(duì)ZK1230型直線振動(dòng)篩的篩箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析,并且通過(guò)動(dòng)態(tài)分析結(jié)果,對(duì)篩箱進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,包括篩箱質(zhì)心調(diào)整優(yōu)化,提出了調(diào)節(jié)質(zhì)心的新方法,得到了具有一定參考價(jià)值的優(yōu)化結(jié)果。本論文的研究方案如下:1、首先深入研究直線振動(dòng)篩的工作原理,結(jié)合振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)以及篩分原理,建立了直線振動(dòng)篩的力學(xué)模型,并且對(duì)振動(dòng)篩的相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,以便動(dòng)態(tài)分析時(shí)使用。2、結(jié)合工程圖紙以及振動(dòng)篩的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),在三維建模軟件proe中建立ZK1230型直線振動(dòng)篩篩箱的實(shí)體模型,并對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,忽略次要因素,然后導(dǎo)入Ansys中,劃分網(wǎng)格后建立篩箱的有限元模型。3、在Ansys中對(duì)篩箱進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。首先進(jìn)行模態(tài)分析,獲取篩箱的前15階固有頻率和振型,分析振動(dòng)篩在工作過(guò)程中是否發(fā)生共振。然后對(duì)篩箱進(jìn)行諧響應(yīng)分析,求解篩箱在工作頻率下的動(dòng)態(tài)響應(yīng),得到篩箱的位移分布云圖和等效動(dòng)應(yīng)力分布云圖。4、根據(jù)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果,找出篩箱的薄弱環(huán)節(jié),檢査振動(dòng)篩是否存在位移過(guò)大或應(yīng)力集中的部位,并結(jié)合大多數(shù)直線振動(dòng)篩普遍存在的質(zhì)心選擇不當(dāng)?shù)膯?wèn)題,采用計(jì)算機(jī)輔助橫梁直線可行域法調(diào)整篩箱質(zhì)心,對(duì)篩箱結(jié)構(gòu)作出改進(jìn),從整體上優(yōu)化篩箱結(jié)構(gòu)。5、 對(duì)優(yōu)化后的篩箱結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,以驗(yàn)證優(yōu)化的合理性以及優(yōu)化效果。1.4本章小結(jié)本章從國(guó)內(nèi)外篩分技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r出發(fā),介紹了篩分作業(yè)的方式以及篩分機(jī)械的種類和特點(diǎn),提出了課題研究的背景和意義,重點(diǎn)闡述了本論文的主要研究?jī)?nèi)容及研究方案。2 直線振動(dòng)篩的工作原理及參數(shù)計(jì)算2.1 直線振動(dòng)篩工作原理與結(jié)構(gòu)分析 2.1.1 直線振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)組成直線振動(dòng)篩歸類于雙軸慣性振動(dòng)篩,是由兩套偏心塊或偏心軸組成,兩套偏心塊或偏心軸采用同步反向旋轉(zhuǎn),形成的離心力合力使篩箱沿一直線振動(dòng),所以稱為直線振動(dòng)篩。本文所討論的ZK1230型直線振動(dòng)蹄主要由激振器、篩箱、電機(jī)、傳動(dòng)裝置、支撐裝置等組成。如圖2-1所示,篩箱又由篩板、篩板固定裝置(木楔座)、側(cè)板、上橫梁、下橫梁、外襯板、內(nèi)襯板、給料箱、排料嘴、縱梁、加強(qiáng)筋等組成。圖2.1 直線振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)圖在振動(dòng)篩的各種零部件當(dāng)中，篩箱是最重要的部件之一。它的損壞形式，通常是側(cè)板斷裂，橫梁疲勞斷裂等。這些部件的疲勞斷裂的誘發(fā)原因大體如下：應(yīng)力過(guò)大、應(yīng)力集中、橫梁材料的缺陷、結(jié)構(gòu)形式的不合理、斷面形狀及尺寸的不合理等。因此，篩箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，直接決定振動(dòng)篩的使用壽命。 2.1.2 直線振動(dòng)篩的工作原理圖2-2是直線振動(dòng)篩的工作原理圖,篩箱座式支撐在橡膠彈簧上,激振器兩軸上的偏心塊的質(zhì)徑積均相等且偏心質(zhì)量以等速反向回轉(zhuǎn),激振器兩軸以y-y軸線對(duì)稱布置, y-y軸線通過(guò)篩箱質(zhì)心且與水平方向成45夾角。每一瞬時(shí),兩軸上的離心力分解到x和y方向,沿X-X方向的離心力分力相互抵消,沿y-y方向的離心力分力相互疊加,因此振動(dòng)篩最終受沿y-y方向的簡(jiǎn)諧激振力作用,驅(qū)動(dòng)篩箱沿y方向作往復(fù)式直線運(yùn)動(dòng)。如圖,在1、 3位置時(shí)兩軸上的離心力完全疊加,激振力達(dá)到最大,在2、 4位置時(shí),兩軸上的離心力完全抵消,激振力為零。 圖2.2 直線振動(dòng)篩工作原理2.2 直線振動(dòng)篩技術(shù)參數(shù)的選擇振動(dòng)篩的工藝參數(shù)直接影響著振動(dòng)篩的工藝效果,這些參數(shù)包括篩面傾角、振動(dòng)篩頻率、振幅、拋射角等結(jié)構(gòu)參數(shù)。1、振動(dòng)強(qiáng)度K與拋擲指數(shù)Kv的確定振動(dòng)篩的強(qiáng)度值K 一般在8以內(nèi),許用值(K) =46,代表了振動(dòng)篩的強(qiáng)度值。拋擲指數(shù)Kv的選取受被篩分物料的性質(zhì)的影響,對(duì)于難篩分物料,可以采用高速拋擲,直線振動(dòng)篩般取2.54.0;對(duì)于一般的篩分,可采用中速拋擲, Kv一般取2.55。振動(dòng)篩做中速拋擲時(shí)篩分效率和產(chǎn)量都很高并且對(duì)振動(dòng)篩機(jī)體的性能(如強(qiáng)度和剛度)要求也不高。2、篩面傾角a篩面傾角是篩面安裝后與水平方向的夾角。篩面傾角小時(shí),物料移動(dòng)的較慢,生產(chǎn)量低,但篩分效率高。直線振動(dòng)篩的物料做斜拋射,一般水平安裝,傾角為零。由于直線振動(dòng)蹄篩面是水平的,所以篩孔很容易被物料顆粒堵塞,為防止蹄孔堵塞,應(yīng)使蹄面運(yùn)動(dòng)的速度大于某個(gè)臨界值,但又不能超過(guò)一定的范圍。篩孔越大,需要的臨界速度越大。所以水平安裝的振動(dòng)篩一般用于中小粒度的篩分以及煤的脫水、脫介上。圓振動(dòng)篩的篩面傾角一般比較大,這是由于圓振動(dòng)篩的拋射角比較大,但物料沿篩面的移動(dòng)速度較慢,將篩面傾角選大些可增大物料的移動(dòng)速度,提高生產(chǎn)率。3、振動(dòng)方向角振動(dòng)方向角是直線振動(dòng)篩的重要參數(shù)之一,是篩箱運(yùn)動(dòng)方向與篩面的夾角,也是篩面上物料的拋射角。一般在3065之間,目前我國(guó)大都采用45。4、振幅和頻率振幅值是指振動(dòng)篩工作行程的一半,頻率是篩箱每分鐘振動(dòng)的次數(shù)。直線振動(dòng)篩的振幅A 般都在46mm,圓振動(dòng)篩的振幅A 般在34mm。振動(dòng)篩篩箱運(yùn)動(dòng)的速度和加速度的大小與振幅和頻率有直接關(guān)系。篩箱運(yùn)動(dòng)的加速度可以表示為:從式中可以看出,加大篩箱的振幅和振次都可以提高篩箱的加速度,相比之下,提高振次對(duì)加速度的影響更大。振動(dòng)篩在工作時(shí)需要足夠的加速度才能使物料在篩面上拋起,這就要求振動(dòng)篩要有足夠的振幅和振次。但是如果加速度過(guò)大的話,對(duì)振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)性能將提出更高的要求。經(jīng)驗(yàn)規(guī)定,一般篩箱的加速度不要超過(guò)7085m/s2。5、生產(chǎn)率生產(chǎn)率可以通過(guò)兩種方法計(jì)算,流量法和平均法。（1）流量法 Q=3600Bhvy式中：B篩面寬度； h篩面上的物料層厚度； v物料運(yùn)行平均速度； y物料松散密度；（2）平均法 Q=Fq式中：F篩面的有效面積； q振動(dòng)篩單位面積的處理量。2.3直線振動(dòng)篩的參數(shù)計(jì)算ZK1230直線振動(dòng)篩的主要技術(shù)特征見表表2.1 直線振動(dòng)篩的主要技術(shù)特征序號(hào)名稱單位規(guī)格1給料力度mm2篩面規(guī)格mm1200x30003工作面積m23.64篩面層數(shù)15篩縫尺寸mm0.56處理能力t/h87工作雙振幅mm798工作頻率r/min9609振動(dòng)方向角度4510篩面傾角度011外形尺寸（長(zhǎng)x寬x高）mm3551x2475x16732.4 本章小結(jié)本章主要對(duì)振動(dòng)篩的振動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹，計(jì)算其主要參數(shù)，為下文中的三維建模和有限元分析做了充分的理論準(zhǔn)備。3 直線振動(dòng)篩有限元模型的建立3.1結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題有限元法機(jī)械進(jìn)行動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì),是為了使機(jī)械投入生產(chǎn)后能夠滿足工藝指標(biāo)和工作壽命的要求,在理想的狀態(tài)下工作。對(duì)于振動(dòng)機(jī)械,動(dòng)力學(xué)分析更是具有十分重要的意義。首先,通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析才能判斷振動(dòng)機(jī)械的設(shè)計(jì)參數(shù)是否合理;其次,由于振動(dòng)篩的的激振力會(huì)對(duì)機(jī)體以及地基造成很大的危害,需要設(shè)計(jì)合理的基座和減振裝置,這些都依賴于振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析。 3.1.1有限元法基本理論有限元法是一門交叉理論的邊緣學(xué)科,結(jié)合了現(xiàn)代力學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)等相關(guān)理論。簡(jiǎn)單的說(shuō),有限元法就是用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求解彈性力學(xué)問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)快速發(fā)展的今天,通過(guò)有限元法以及有限元分析軟件使彈性力學(xué)有了通用求解的途徑。由于有限元法能夠求解出彈性力學(xué)數(shù)值解以及相應(yīng)的應(yīng)力分布與變形,所以廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)部件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)問(wèn)題。有限元法是建立在變分原理的基礎(chǔ)之上,變分原理又包括最小勢(shì)能原理(采用最小勢(shì)能原理時(shí),未知量選取單元位移,稱為位移法)、最小余能原理(需要假設(shè)應(yīng)力場(chǎng)形式,稱為應(yīng)力法)、混合變分原理(要假設(shè)位移和應(yīng)力,稱為混合法)。在解決工程結(jié)構(gòu)問(wèn)題時(shí),有限元法將連續(xù)體劃分為有限多個(gè)大小適當(dāng)?shù)膯卧?得出每個(gè)單元的近似解,采用一定的方法將單元解加以組合,從而得到系統(tǒng)的近似數(shù)值模型。有限元法處理結(jié)構(gòu)問(wèn)題的流程為:1、結(jié)構(gòu)離散化有限元法分析問(wèn)題時(shí)首先要將模型用適當(dāng)?shù)膯卧x散,所謂合適的單元就是選用符合要求的單元類型、根據(jù)結(jié)構(gòu)確定單元大小得到一定數(shù)量的網(wǎng)格。2、確定位移模式對(duì)于離散后的系統(tǒng),單元的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等都是通過(guò)節(jié)點(diǎn)位移表示的,需要選擇適當(dāng)?shù)奈灰颇Ｊ絹?lái)表示單元的位移場(chǎng)。在數(shù)學(xué)運(yùn)算中,以多項(xiàng)式表示位移模式進(jìn)行計(jì)算可使運(yùn)算較為簡(jiǎn)便。單元的位移函數(shù)通過(guò)多項(xiàng)式近似后,就可以由節(jié)點(diǎn)位移求解位移場(chǎng),從而得到單元的應(yīng)力、應(yīng)變、位移。3、分析單元特性根據(jù)單元的位移模式利用變分原理求解出單元的剛度矩陣和單元應(yīng)力矩陣。4、集合單元特性連續(xù)體是由有限個(gè)單元組合而成,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)需要集合單元方程,把單元?jiǎng)偠染仃嚭蛦卧獞?yīng)力矩陣適當(dāng)組合。5、求解未知節(jié)點(diǎn)位移根據(jù)邊界條件限制結(jié)構(gòu)的剛體移動(dòng),更改總體剛度平衡方程,求解方程組中的節(jié)點(diǎn)位移。6、單元應(yīng)力、應(yīng)變計(jì)算根據(jù)節(jié)點(diǎn)位移,利用結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)方程進(jìn)一步求解應(yīng)力、應(yīng)變,用圖形或數(shù)表的方式輸出最后結(jié)果。 3.1.2 Ansys軟件介紹Ansys是一款高級(jí)CAE軟件,在機(jī)械、土木、電力等行業(yè)應(yīng)用極為廣泛,甚至在生物醫(yī)藥、微機(jī)電系統(tǒng)也有涉及。Ansys的廣泛應(yīng)用首先得益于軟件在分析中的優(yōu)異表現(xiàn),其分析結(jié)果接近實(shí)際狀況甚至可以完全用來(lái)模擬實(shí)際狀況,為設(shè)計(jì)、研發(fā)提供有效數(shù)據(jù)。其次Ansys與CAD軟件有豐富的接口,利于數(shù)據(jù)的交換,與目前廣泛應(yīng)用的PRO/E、 UG、 Soildworks. CATIA等可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鏈接,數(shù)據(jù)互換,使得CAD、 CAE融為一體,這為設(shè)計(jì)、分析提供了方便。1、Ansys的模塊組成Ansys主要由三個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)分析計(jì)算,分別是前處理模塊、求解計(jì)算和后處理模塊。 (1) 前處理模塊主要進(jìn)行模型建立、添加單元、定義實(shí)常數(shù)、賦予實(shí)體材料、網(wǎng)格劃分、定義稱合、添加剛性區(qū)域等。這個(gè)模塊實(shí)質(zhì)是給分析部件設(shè)定初始條件。 (2) 求解計(jì)算模塊對(duì)設(shè)定初始條件的部件進(jìn)行所需要的分析,如:結(jié)構(gòu)分析、流體分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)與壓電等分析外,還可以解決非線性結(jié)構(gòu)動(dòng)力和屈曲分析。(3)后處理模塊就是將分析結(jié)果以圖像、圖表或列表的形式給出,以便分析人員直觀地了解結(jié)構(gòu)性能,并且獲得所需的數(shù)據(jù)。2、Ansys的一般操作順序Ansys必須按模塊流程順序進(jìn)行操作才能進(jìn)行求解分析,前處理設(shè)置不當(dāng)或缺少參數(shù),就會(huì)影響下一步的分析計(jì)算,其操作方式如下: (1)模型建立Ansys建模通常有兩種方式實(shí)現(xiàn): 通過(guò)Ansys定義單元類型來(lái)進(jìn)行建模。Ansys里提供超過(guò)150多種的單元類型,為幾何建模提供了方便,只需要設(shè)置幾何實(shí)體參數(shù),并進(jìn)行實(shí)體變換就可以靈活建立模型。 導(dǎo)入外界模型數(shù)據(jù)建立模型。比起CAD專業(yè)建模設(shè)計(jì)軟件,Ansys在建模功能上稍有不足,但Ansys提供了豐富的CAD接口,可實(shí)現(xiàn)CAD設(shè)計(jì)建模,Ansys無(wú)縫鏈接導(dǎo)入,提高了建模效率。 (2)網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分主要有:自由網(wǎng)格劃分、映射網(wǎng)格、延伸網(wǎng)格劃分、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分決定著能否正確分析,只有將模型轉(zhuǎn)化為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)構(gòu)筑模型,經(jīng)過(guò)分析計(jì)算,輸出各節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果,才能在后處理中反映出計(jì)算結(jié)果。網(wǎng)格太大,節(jié)點(diǎn)少,運(yùn)算量少,但會(huì)引起誤差的加大;網(wǎng)格太細(xì),雖然精確度高,但也會(huì)增加計(jì)算量,所以對(duì)模型分析應(yīng)該選用合適的網(wǎng)格。 (3)材料賦予Ansys中所有的分析都需要輸入材料屬性,材料的主要參數(shù)有彈性模量E、泊松比密度Dens等,軟件默認(rèn)泊松比u為0.3。當(dāng)賦予材料屬性時(shí)必須注意單位,最好選用國(guó)際單位制,這樣可以使輸出結(jié)果也同樣為國(guó)際制單位,減少重復(fù)的單位換算的過(guò)程。 (4)定義分析類型和選項(xiàng)Ansys的分析類型包括靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧振態(tài)分析、瞬態(tài)分析、頻譜分析、屈曲分析等。本文對(duì)模型主要進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析。 (5)施加載荷與約束載荷包括約束、支撐、邊界條件、激勵(lì)等。根據(jù)物理環(huán)境的不同,載荷又可以分為以下六種:對(duì)模型自由度的約束、集中力、體載荷、面載荷、慣性載荷、稱合場(chǎng)載荷。(6)求解求解就是Ansys通過(guò)有限元計(jì)算方法,按照設(shè)計(jì)人員的求解要求,通過(guò)方程計(jì)算出各項(xiàng)數(shù)據(jù)。Ansys在解決實(shí)際問(wèn)題是可以根據(jù)模型條件以及計(jì)算機(jī)的處理能力選用適合的求解方法,比較常用的求解方法有雅可比共軛梯度求解器、波前求解器、稀疏矩陣求解器等。 (7)查看分析結(jié)果査看計(jì)算結(jié)果需要用后處理模塊來(lái)完成,通過(guò)分析結(jié)果判定計(jì)算是否正確。Ansys 10以后,整合了 Ansys Workbench,更加方便對(duì)CAD數(shù)據(jù)的互換。Workbench是ansys公司在成熟CAE產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,利用Ansys軟件API開發(fā)集合而成,界面更加人性化,易學(xué)易用。目前使用Workbench的用戶也呈增多趨勢(shì)。Ansys在動(dòng)力學(xué)分析上表現(xiàn)突出,可以勝任模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,其分析結(jié)果與實(shí)際誤差不大,具有理論參考價(jià)值。3.2振動(dòng)篩有限元模型的建立進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析的前提是要建立振動(dòng)篩的有限元模型,有限元模型就是對(duì)篩箱選擇合適的單元進(jìn)行劃分,并按照篩箱的材料賦予模型材料屬性,根據(jù)實(shí)際的安裝情況施加邊界條件和受力,建立一個(gè)具有高仿真的用于分析的模型。 3.2.1直線振動(dòng)篩篩箱模型簡(jiǎn)化有限元模型建立的好壞與計(jì)算結(jié)果是否準(zhǔn)確有著很密切的關(guān)系。由于實(shí)體模型比較復(fù)雜,在進(jìn)行有限元分析時(shí),不可能完全用實(shí)體模型進(jìn)行分析,應(yīng)在保證結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生太大誤差的前提下,忽略工藝結(jié)構(gòu)和一些不重要的細(xì)節(jié)特征,將實(shí)體模型簡(jiǎn)化,這樣可以在很大程度上減少軟件計(jì)算工作量,提高計(jì)算速度。對(duì)于直線振動(dòng)篩有限元模型的建立需要考慮以下幾點(diǎn):1、是否需要建立振動(dòng)篩的二次隔振系統(tǒng)二次隔振系統(tǒng)用于在機(jī)體工作時(shí)減少機(jī)體對(duì)基礎(chǔ)的沖擊力,是否建立二次隔振系統(tǒng)主要依據(jù)二次隔振系統(tǒng)對(duì)篩箱應(yīng)力的影響水平,本文不考慮二次隔振系統(tǒng)。2、是否建立模型的一半進(jìn)行分析直線振動(dòng)篩是平面對(duì)稱結(jié)構(gòu),激振力也是對(duì)稱分布的。對(duì)于結(jié)構(gòu)和邊界條件對(duì)稱分布的模型,應(yīng)力應(yīng)變也將對(duì)稱分布,有限元分析時(shí)可以取模型的1/2、 1/4、 1/8進(jìn)行計(jì)算。但是這種簡(jiǎn)化僅僅適用于靜力分析,不可用于動(dòng)力學(xué)分析。因?yàn)閯?dòng)力學(xué)分析時(shí)結(jié)構(gòu)的所有參量都是波動(dòng)的,不存在位置不變且變形為零的平面。使用平面對(duì)稱模型會(huì)造成對(duì)稱模態(tài)的丟失和結(jié)果的不準(zhǔn)確。由于本文涉及模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,因此本文采用整體模型進(jìn)行分析。3、區(qū)分承載件和工藝飾件承載件因承擔(dān)篩箱受力,需要盡量保留其原有的結(jié)構(gòu)形狀,才能如實(shí)反映篩箱的實(shí)際受力情況,因此承載件不可隨意簡(jiǎn)化或忽略。對(duì)于工藝飾件由于其主要作用并不在于提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,在建有限元模型時(shí)可忽略。依據(jù)以上原則,并借鑒一些成功簡(jiǎn)化的經(jīng)驗(yàn),本文在建立有限元模型時(shí)做了如下簡(jiǎn)化: (1)忽略篩板、木楔座以及一些作為安裝支架的角鋼等非承載構(gòu)件,這些構(gòu)件僅僅為滿足使用上的要求而設(shè)置,并非篩箱強(qiáng)度構(gòu)件,在對(duì)篩箱進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí)可以略去不計(jì)。(2)忽略篩箱的定位孔和工藝孔,這些小孔在劃分網(wǎng)格時(shí)會(huì)大量增加網(wǎng)格數(shù)量,將這些小孔略去不計(jì)并不會(huì)對(duì)篩箱的剛度和強(qiáng)度造成大的影響。(3)將構(gòu)件的圓弧過(guò)渡簡(jiǎn)化為直角過(guò)渡,提高模型計(jì)算速度。簡(jiǎn)化后的模型如圖3.1。圖3.1 篩箱簡(jiǎn)化模型 3.2.2 篩箱模型連接處理Ansys中建立有限元模型有兩種方法:一種是直接在Ansys中建模,第二種是在CAD軟件中建模再將模型導(dǎo)入Ansys。本文采用后者,在UG中建立振動(dòng)篩的實(shí)體模型后導(dǎo)入Ansys。篩箱的各橫梁以及彈簧支撐梁與側(cè)板之間主要通過(guò)鉚釘與法蘭盤連接,在進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí)為了確保模型的準(zhǔn)確性,必須保證模型的各個(gè)部件是連接在一起的。在有限元模型中各部分的連接是通過(guò)公共區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的,劃分網(wǎng)格時(shí)這些公共區(qū)域的節(jié)點(diǎn)就自動(dòng)重合在一起,形成公共節(jié)點(diǎn)。在模型受力和發(fā)生形變時(shí),就是通過(guò)這些公共節(jié)點(diǎn)聯(lián)系在一起的。為了實(shí)現(xiàn)模型各部件之間的連接,可以通過(guò)布爾運(yùn)算操作獲得公共區(qū)域。布爾操作中的Glue命令都可以實(shí)現(xiàn)部件間的連接,Glue運(yùn)算是針對(duì)圖形中的公共部分進(jìn)行的,面與面的Glue運(yùn)算是通過(guò)面的公共邊進(jìn)行的。體與體的Glue運(yùn)算是通過(guò)體的公共面進(jìn)行的,本文對(duì)篩箱模型構(gòu)件通過(guò)Glue運(yùn)算連接。 3.2.3 篩箱有限元模型單元的選取振動(dòng)篩可以看作是空間板梁組合結(jié)構(gòu),許多振動(dòng)篩在研究中大都采用殼單元和梁?jiǎn)卧M(jìn)行網(wǎng)格劃分,這樣可以減少單元和節(jié)點(diǎn)的數(shù)目,在分析時(shí)縮短計(jì)算時(shí)間。但是,由于梁?jiǎn)卧谟邢拊Ｐ椭斜怀橄蟪梢粭l直線,橫梁與側(cè)板的接觸面也被簡(jiǎn)化為一個(gè)點(diǎn),這樣會(huì)導(dǎo)致接觸部位的應(yīng)力值急劇增大,計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。采用實(shí)體單元就會(huì)避免上述問(wèn)題的出現(xiàn),而且對(duì)于橫梁法蘭的筋板以及加強(qiáng)筋等部位也能得到很好的模擬。根據(jù)直線振動(dòng)篩各部件的特點(diǎn),本文選用實(shí)體單元SOLID187、彈簧單元C0MBIN14、點(diǎn)質(zhì)量單元MASS21對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 3.2.4 篩箱模型材料屬性設(shè)置在對(duì)篩箱進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí),需要對(duì)模型賦予材料屬性。本文所研究的篩框模型中,大部分部件所用的材料為20g,加強(qiáng)筋所用的材料為Q235,彈簧支撐管梁的法蘭盤與筋板采用Q345。為了更好地模擬篩箱的實(shí)際受力情況,本文按照三種材料屬性進(jìn)行設(shè)置,見表3.1。表3.1 材料屬性設(shè)置材料彈性模量（pa）泊松比密度(kg/m2)20g2.11e110.2867850Q2352.11e110.2887850Q3452.06e110.287850 3.2.5 篩箱的邊界約束本文中篩箱的軸向與橫向彈簧通過(guò)公共節(jié)點(diǎn)連接在一起,作為彈簧支撐管梁的中心主節(jié)點(diǎn),另一端采用全約束。 3.2.6 篩箱有限元模型按照以上單元類型、實(shí)常數(shù)、材料屬性以及邊界條件的設(shè)置,經(jīng)劃分網(wǎng)格后得到振動(dòng)篩篩箱的有限元模型如圖3-3所示。該模型共有235269個(gè)實(shí)體單元、8個(gè)彈簧單元、8個(gè)質(zhì)量單元。圖3.2振動(dòng)篩篩箱有限元模型3.3 本章小結(jié)本章介紹了有限元思想的理論以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的計(jì)算方法。按照簡(jiǎn)化原則對(duì)篩箱實(shí)體模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化,確定了單元類型、材料屬性以及邊界條件等問(wèn)題,建立了篩箱的有限元模型。4 直線振動(dòng)篩動(dòng)力學(xué)分析直線振動(dòng)篩在工作時(shí)受到周期性變化的激振力的作用,需要對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析來(lái)確定篩箱在動(dòng)載荷作用下的位移與應(yīng)力分布,從而確定篩箱的改進(jìn)方案。同時(shí),由于振動(dòng)篩在某一頻率下工作,需要進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性分析(包括篩箱固有頻率和振型)來(lái)判斷篩箱是否發(fā)生共振,這也是動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)。4.1 模態(tài)分析概述 4.1.1 模態(tài)分析定義 模態(tài)分析是動(dòng)態(tài)分析的前提條件,用于確定結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型、振型參與系數(shù)等,是一種確定結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的技術(shù),模態(tài)分析的結(jié)果用于進(jìn)行諧波響應(yīng)分析、瞬時(shí)動(dòng)態(tài)分析和譜分析。對(duì)于振動(dòng)系統(tǒng),最應(yīng)注意的問(wèn)題就是結(jié)構(gòu)是否發(fā)生共振,當(dāng)載荷頻率與固有頻率相同時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這種想象,并且導(dǎo)致結(jié)構(gòu)屈服。為了避免發(fā)生共振,就要知道振動(dòng)體統(tǒng)的固有頻率,以使載荷頻率避開其固有頻率,模態(tài)分析就是用于求解結(jié)構(gòu)的固有特性。模態(tài)分析認(rèn)為結(jié)構(gòu)是線性的,即使進(jìn)行了非線性的定義也會(huì)被忽略。模態(tài)提取是用來(lái)描述特征值、特征向量的術(shù)語(yǔ),在Ansys中模態(tài)提取有以下幾種方法:1、Block Lanczos(分塊蘭索斯法):一般用于大型對(duì)稱特征值問(wèn)題,對(duì)于系統(tǒng)特征值譜包含一定范圍的固有頻率問(wèn)題,提取模態(tài)時(shí)采用分塊蘭索斯法非常有效。2、Subspace (子空間法):采用子空間法提取模態(tài)時(shí)可以在求解控制選項(xiàng)中設(shè)置子空間的迭代,但是計(jì)算速度較慢。3、Power Dynamics (動(dòng)態(tài)提取法):動(dòng)態(tài)提取法用于較大的模型,可用于只求解前幾階模態(tài)了解結(jié)構(gòu)響應(yīng)的情況。4、Reduced/householder (縮減法):由于使用了縮減矩陣計(jì)算,比子空間法要快。5、Unsymmetric (非對(duì)稱法):用于系統(tǒng)矩陣是非對(duì)稱矩陣的問(wèn)題。6、Damped (阻尼法):用于阻尼不可忽略的問(wèn)題。7、QRdamped(QR阻尼法):對(duì)于無(wú)阻尼系統(tǒng),通過(guò)線性方式將特征向量進(jìn)行合并,用來(lái)近似表示前幾階復(fù)阻尼特征值。4.2篩箱模態(tài)分析本文振動(dòng)篩的有限元模型中由于節(jié)點(diǎn)數(shù)龐大,因此系統(tǒng)的自由度也將很大,不可能求解出全部的固有頻率和振型。振動(dòng)篩工作時(shí)的振動(dòng)頻率也是有限的,在振動(dòng)系統(tǒng)的工作過(guò)程中,高階的固有頻率和振型會(huì)因阻尼而迅速衰減,較低階的固有頻率和振型起著主導(dǎo)作用。本文在對(duì)振動(dòng)蹄篩箱進(jìn)行模態(tài)分析時(shí),通過(guò)分塊蘭索斯法提取了篩箱的前15階固有頻率進(jìn)行分析,使計(jì)算速度加快并得到對(duì)篩箱影響大的固有頻率。模態(tài)分析時(shí)不考慮外載荷,只對(duì)彈簧單元按照3.2.5中所述進(jìn)行約束即可。在 ANSYS 軟件中對(duì)結(jié)構(gòu)機(jī)型模態(tài)分析需要四個(gè)步驟，1.建立模型，在本節(jié)有限元模型的建立一節(jié)中所建立的有限元模型可以作為振動(dòng)篩模態(tài)分析的分析對(duì)象；2.施加載荷并求解，在模態(tài)分析中不考慮結(jié)構(gòu)的外載，只需要對(duì)其進(jìn)行位移約束。同時(shí)還要設(shè)定所求解模型的階數(shù)，也就是求出振動(dòng)篩前多少階的固有頻率；3.擴(kuò)展模態(tài)，這一過(guò)程主要是把求解出的振動(dòng)篩陣型寫入到結(jié)果文件中去，為后處理中的觀察模型做準(zhǔn)備；4.察看結(jié)果和后處理。這是模態(tài)分析的最后一步，此部分主要察看振動(dòng)篩模型的固有頻率和振型，并以動(dòng)畫的形式觀察振型。 4.2.1 模態(tài)計(jì)算結(jié)果查看與分析表4.1振動(dòng)篩篩箱的前15階固有頻率階數(shù)模態(tài)頻率振型說(shuō)明10.38745E-04振動(dòng)篩 X 方向剛性平動(dòng)21.428振動(dòng)篩 X-Z 平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)31.703振動(dòng)篩 Z 方向剛性平動(dòng)42.825振動(dòng)篩 X-Y 平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)53.052振動(dòng)篩 Y 方向剛性平動(dòng)63.888振動(dòng)篩 Y-Z 平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)713.639振動(dòng)篩整體的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)818.669振動(dòng)篩沿著縱向的錯(cuò)動(dòng)925.328振動(dòng)篩整體的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)1027.434振動(dòng)篩進(jìn)料口擋板彎曲振動(dòng)1129.96振動(dòng)篩側(cè)板的彎曲振動(dòng)1233.879振動(dòng)篩側(cè)板的彎曲振動(dòng)1339.756振動(dòng)篩中間上橫梁的彎曲振動(dòng)1441.635振動(dòng)篩中間上橫梁的彎曲振動(dòng)1543.235振動(dòng)篩側(cè)板的彎曲振動(dòng)振動(dòng)篩篩箱前15階模態(tài)振型如下：4.1 直線振動(dòng)篩第1階模態(tài)振型4.2 直線振動(dòng)篩第2階模態(tài)振型4.3 直線振動(dòng)篩第3階模態(tài)振型4.4 直線振動(dòng)篩第4階模態(tài)振型4.5 直線振動(dòng)篩第5階模態(tài)振型4.6 直線振動(dòng)篩第6階模態(tài)振型4.7 直線振動(dòng)篩第7階模態(tài)振型4.8 直線振動(dòng)篩第8階模態(tài)振型4.9 直線振動(dòng)篩第9階模態(tài)振型4.10 直線振動(dòng)篩第10階模態(tài)振型4.11 直線振動(dòng)篩第11階模態(tài)振型4.12 直線振動(dòng)篩第12階模態(tài)振型4.13 直線振動(dòng)篩第13階模態(tài)振型4.14 直線振動(dòng)篩第14階模態(tài)振型4.15 直線振動(dòng)篩第15階模態(tài)振型振動(dòng)篩的工作頻率 f(0)=15Hz，當(dāng)模型的固有頻率接近工作頻率時(shí)，容易發(fā)生共振，所以考察與該振動(dòng)篩工作頻率比較接近的第 7、8、9、10 階固有頻率，如表4.2所示。表4.2 頻率對(duì)比Ifi差值百分比713.6392.66116.33%818.6692.36914.53%925.3289.02855.38%1027.43411.12368.23%通過(guò)對(duì)振動(dòng)篩進(jìn)行模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)最接近工作頻率的階數(shù)為第 7 階和第 8 階，相差分別在 16%和 15%左右，從數(shù)值上來(lái)看，它高于振動(dòng)篩設(shè)計(jì)所要求的固有頻率要避開工作頻率 10%以上。但是由于它們還是比較靠近工作頻率所以有必要對(duì)這兩階的振型進(jìn)行仔細(xì)觀察。振動(dòng)篩在工作時(shí)避開了載荷頻率,不會(huì)發(fā)生共振,符合動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)要求。模型的第 7 階的振型主要表現(xiàn)為篩體的整體扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，模型的第 8 階主要表現(xiàn)為由整體沿縱向的錯(cuò)動(dòng)變?yōu)閭?cè)板的一階振動(dòng)，尤其是側(cè)板上部中間位置的變形比較大，所以當(dāng)振動(dòng)篩啟動(dòng)過(guò)程或者停機(jī)過(guò)程過(guò)共振區(qū)的時(shí)候會(huì)對(duì)篩體造成一定的損傷，特別是在側(cè)板的中上部位置處，所以有必要對(duì)其將強(qiáng)強(qiáng)度，在這里可以考慮采用增加加強(qiáng)筋的方法。4.3 諧響應(yīng)分析概述 4.3.1 諧響應(yīng)分析定義為了檢測(cè)結(jié)構(gòu)在承受各種不同頻率的體載荷時(shí)是否發(fā)生共振,需要進(jìn)行諧響應(yīng)分析。簡(jiǎn)諧激振力作用下,系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生周期的振動(dòng),通過(guò)諧響應(yīng)分析來(lái)求解振動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)受迫振動(dòng)時(shí)在不同頻率下的位移、應(yīng)力應(yīng)變等響應(yīng)值,激勵(lì)初期的受迫振動(dòng)不作考慮,并且諧響應(yīng)分析用于線性結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)包含預(yù)應(yīng)力的情況。Ansys中進(jìn)行諧響應(yīng)分析時(shí)可通過(guò)三種方法求解:1、Full (完全法)Full法運(yùn)用完整的系統(tǒng)矩陣計(jì)算,而且可以施加單元載荷、節(jié)點(diǎn)力、外加位移等各類載荷,而且允許采用實(shí)體模型上所加的載荷,但不能設(shè)置預(yù)應(yīng)力,Full法不必選擇主自由度和振型,非常方便使用。在Full法中選用JCG求解器或ICCG求解器會(huì)使計(jì)算效率提高,如果選用Frontal求解器會(huì)使 銷大大增加。2、Reduced (縮減法)Reduced法用需要定義主自由度,開始計(jì)算出來(lái)的是主自由度處的位移,需要執(zhí)行擴(kuò)展處理把解擴(kuò)展到完整的DOF集,才能得到完整的位移和應(yīng)力解。采用Reduced法時(shí)不可施加壓力溫度等單元載荷,當(dāng)通過(guò)Frontal求解時(shí),較之Full法,Reduced法將顯現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。3、Mode Superposition (模態(tài)疊加法)Mode Superposition法實(shí)際上就是對(duì)模態(tài)分析的結(jié)果進(jìn)行相關(guān)計(jì)算,獲得結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的響應(yīng)值,而且計(jì)算結(jié)果以結(jié)構(gòu)的固有頻率進(jìn)行分布,響應(yīng)曲線圖更加趨于光滑準(zhǔn)確,分析結(jié)果更加接近現(xiàn)實(shí),完全可以作為分析參考依據(jù)。與Full法和Reduced法相比, Mode Superposition法具有很大的優(yōu)越性,分析時(shí)可計(jì)算預(yù)應(yīng)力,但前提是未采用Power Dynamics法進(jìn)行模態(tài)分析,但不可以加載非零的位移,對(duì)于模態(tài)分析的載荷已然可以使用,借助LVSCALE命令即可實(shí)現(xiàn)。對(duì)于諧響應(yīng)分析的不同求解方法也都存在著一些共有的不足,施加在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的體載荷都應(yīng)是同頻率下的且符合正弦規(guī)律,并且諧響應(yīng)分析不識(shí)別非線性特性,只考慮是穩(wěn)態(tài)下的強(qiáng)迫振動(dòng),所以對(duì)于瞬態(tài)效應(yīng)存在一定的局限,但可通過(guò)時(shí)間歷程的載荷函數(shù)彌補(bǔ)這些不足。 4.3.2 諧響應(yīng)分析結(jié)果查看與分析諧響應(yīng)分析的結(jié)果是以虛數(shù)形式表示的,其實(shí)部計(jì)算結(jié)果和虛部計(jì)算結(jié)果分別存儲(chǔ)在Ansys的結(jié)果文件中。在通用后處理器中,讀入結(jié)果文件時(shí)一次只能讀入實(shí)部結(jié)果或虛部結(jié)果,而實(shí)際結(jié)果為二者的結(jié)合。因此,需要進(jìn)行載荷工況組合才能得到篩箱的實(shí)際分析結(jié)果,將實(shí)部結(jié)果和虛部,如圖4.16、 4.17。4.16 篩箱應(yīng)力分布圖（實(shí)部）4.17 篩箱應(yīng)力分布圖（虛部）諧響應(yīng)分析的結(jié)果被保存到分析結(jié)果文件中，所有的數(shù)據(jù)都按簡(jiǎn)諧規(guī)律變化，且都是復(fù)數(shù)形式，以實(shí)部和虛部存儲(chǔ)。在讀入實(shí)部結(jié)果或虛部結(jié)果后，在Post1中可以分別列表顯示節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的實(shí)部結(jié)果或虛部結(jié)果，但無(wú)法直接列表出各節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的幅值大小。如果采用排序列表顯示方式，結(jié)果的實(shí)部和虛部雖然其值按大小排序，但仍然很難在眾多節(jié)點(diǎn)結(jié)果中找出應(yīng)力幅值最大值，且排序列表顯示方式對(duì)殼單元厚度不連續(xù)處的結(jié)果進(jìn)行了平均處理，比實(shí)際結(jié)果要小。在時(shí)間歷程后處理器Post26中，可以列表顯示若干指定節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力幅值。圖4.16應(yīng)力分布圖（實(shí)部）和圖4.17應(yīng)力分布圖（虛部）的藍(lán)色部分的應(yīng)力都在0.3MPa以下，可知，在實(shí)部圖和虛部圖兩圖中都為藍(lán)色的部分其實(shí)際應(yīng)力小于（實(shí)際應(yīng)力為實(shí)部和虛部平方和的開方）。設(shè)其中A為某節(jié)點(diǎn)應(yīng)力幅值大小，a和b分別為該節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的實(shí)部和虛部，如果a>b，則容易得出。若分別得出應(yīng)力實(shí)部最大值amax和應(yīng)力虛部最大值bmax，且有amax>bmax，則整個(gè)模型的最大應(yīng)力幅值A(chǔ)max滿足條件。圖4.16中顯示最大實(shí)部應(yīng)力值為15.8MPa，圖4.17中顯示最大虛部應(yīng)力值為13.6MPa，因此，可以推知最大應(yīng)力幅值可能達(dá)到,其實(shí)際最大應(yīng)力應(yīng)在15.8MPa于22.34MPa之間。通過(guò)對(duì)實(shí)部和虛部的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力幅值排序可知，節(jié)點(diǎn)實(shí)部應(yīng)力為15.8MPa， 虛部應(yīng)力為13.6MPa，其實(shí)際應(yīng)力為為篩箱最大應(yīng)力。從諧分析結(jié)果來(lái)看，篩箱在工作過(guò)程中主要存在兩個(gè)應(yīng)力集中區(qū)，即外加強(qiáng)板與安裝座的前部上沿和激振器安裝座與側(cè)板的連接部位。最大應(yīng)力發(fā)生在激振器安裝座前部與側(cè)板的連接處，其值為20.85MPa<24MPa。從動(dòng)應(yīng)力的大小及分布來(lái)看，該篩動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性符合任務(wù)書及國(guó)家要求(目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)振動(dòng)篩動(dòng)力響應(yīng)的要求為小于24MPa）中對(duì)振動(dòng)篩最大動(dòng)應(yīng)力的要求4.4 本章小結(jié)本章利用有限元分析軟件Ansysl2.0對(duì)直線振動(dòng)篩篩箱進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,通過(guò)模態(tài)分析計(jì)算了振動(dòng)篩篩箱的前15階固有頻率和所對(duì)應(yīng)的振型。結(jié)果顯示,與工作頻率15Hz臨近的第7階、第8階固有頻率與工作頻率的差值明顯大于10%,說(shuō)明結(jié)構(gòu)在工作中不會(huì)發(fā)生共振。通過(guò)諧響應(yīng)分析,得到了篩箱在簡(jiǎn)諧激勵(lì)作用下的響應(yīng)值,分析工作頻率下的位移分布云圖和等效動(dòng)應(yīng)力分布云圖可知, 彈簧支撐梁與側(cè)板連接處和后擋板橫梁中間部位出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,最大應(yīng)力值達(dá)到20.85Mpa,小于許用動(dòng)應(yīng)力24Mpa，滿足要求。致謝衷心的感謝我的導(dǎo)師老師,在課題的研究以及論文撰寫過(guò)程中,老師淵博的專業(yè)理論知識(shí)和富有創(chuàng)見的科研精神給了我巨大的幫助。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)、平易近人的高尚品德、誨人不倦的教師風(fēng)范都深深的影響著我,在此畢業(yè)之際,謹(jǐn)向恩師表示最衷心的感謝,祝愿任老師工作順利、身體健康、萬(wàn)事如意！感謝我的同學(xué)們?cè)谡n題研究過(guò)程中提出的寶貴意見和耐心的指導(dǎo),我們一起探討努力,共同進(jìn)步。 感謝我的父母親,是他們給予了我最無(wú)私的愛(ài),給予我不斷前進(jìn)的力量。最后,感謝審閱和評(píng)審此文的各位老師!參考文獻(xiàn)1 宋書中,周祖德,胡業(yè)發(fā).振動(dòng)篩分機(jī)械發(fā)展概述及新型振動(dòng)篩研究初探J.礦山機(jī)械.2006,4 (34)：73-75.2 郭年琴，匡永江. 振動(dòng)篩國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展M.技術(shù)與裝備.2009,5： 26-27. 3 王永巖.邰英樓.大型直線振動(dòng)篩動(dòng)態(tài)仿真的研究.計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào).2001,18(1)：94-98. 4 尹建宏.直線振動(dòng)篩橫梁產(chǎn)生裂紋的原因分析.選煤技術(shù).2004，20(6)：22-25. 5 尹忠俊，劉建平，趙專東.交變載荷作用下大型振動(dòng)篩的應(yīng)力分析.2009,11 (40)： 1363-1366.6 聞邦椿，劉樹英，何京力著.振動(dòng)機(jī)械的理論與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法M，北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2001；55-90 .7 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