振动筛分机械的动态特性分析与结构优化设计研究

摘要

振动筛是应用于各级别选煤厂的重要筛分设备。在工作过程中,振动筛各零部件始终承受着恶劣的交变载荷,筛框变形、横梁断裂等结构的损伤是不可避免的。但是,就目前企业对振动筛的使用情况来看,国内产品的使用寿命远低于国外的同类产品。国外大型振动筛采用先进的设计技术和制造技术,生产出了性能优良的大型筛分机械,其无故障运行时间在3,000h以上,大修期在20,000h以上,但国内同类产品的相同技术指标远低于上述指标。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。
　　本文以河南新乡太行振动机械有限公司的独有专利产品——自同步香蕉型振动筛为研究对象,采用有限元的理论和方法,应用ANSYS软件对香蕉筛动态特性进行了分析研究,首先对振动筛进行了模态分析,得到了香蕉筛的固有频率和固有振型,发现筛框和侧板都存在着与工作频率过于接近的固有频率,这样,结构容易发生共振,也会产生较大的噪声。通过在侧板上增加加强板及在筛框底部增加两条纵向矩形加强梁的结构改进,使各阶固有频率与工作频率的差值均在10％以上,避免了共振,降低了噪声。接着对结构改进后的模型进行了应力分析及谐响应分析,得到改进后的振动筛在正常工作时,基本上不存在应力集中现象和较大的变形,也不会产生谐响应共振现象,其固有频率和应力分布规律都能满足振动筛正常工作的使用条件,理论分析的结果证明了结构改进的正确性。最后,对香蕉筛筛框上的圆梁进行了优化,探讨并建立了优化模型。以圆梁的截面尺寸为设计变量,以圆梁的变形为状态变量,以体积为目标函数,对圆梁的截面尺寸进行了优化并分析了优化结果。经过优化后圆梁的应力集中现象得到了有效改善,且降低了重量,减少了制造成本,提高了市场竞争力。
　　通过对自同步香蕉形振动筛结构的动态特性分析及优化,得到了一些有益的结论,为该类型的振动筛的改进设计提供了理论依据,也为其他类型振动筛的改进设计提供了一种很好的研究方法。

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1 引言

1.1 课题的提出及研究意义

1.2国内外筛分机械的研究现状和发展趋势

1.3本课题的研究内容及方案

2 振动筛的工作原理及动力学分析

2.1 振动筛的工作原理

2.2 惯性振动筛的工作原理

2.3 振动筛的工艺参数选择

2.4 振动筛的动力学分析及参数计算

2.5 本章小结

3大型直线振动筛有限元模型的建立

3.1 有限元法概述

3.2 有限元分析的基本理论

3.3 ANSYS软件的特点和功能

3.4 有限元建模步骤及相关问题的处理

3.5 本章小结

4振动筛结构有限元分析

4.1振动筛模态分析

4.2振动筛结构改进

4.3振动筛的应力分析

4.4振动筛筛框的谐响应分析

4.5 本章小结

5振动筛结构优化设计研究

5.1优化设计的理论基础

5.2筛框圆梁的优化

5.3本章小结

6 总结与展望

参考文献

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