3080圆振动弛张筛动态特性分析及优化设计

摘要

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。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2.1弛张筛国内外研究现状

1.2.2振动筛虚拟仿真分析研究现状

1.2.3振动筛结构优化设计国内外研究现状

1.2.4 弛张筛研究中存在问题与发展趋势

1.3研究内容及技术路线

（1）3080 圆振动弛张筛理论分析与结构设计

（2）聚氨酯弹性筛面动力学分析

（3）3080 圆振动弛张筛有限元动态特性分析

（4）3080 圆振动弛张筛支承梁优化

1.4拟解决关键问题及创新点

1.4.1 拟解决关键问题

1.4.2创新点

1.5本章小结

2 3080圆振动弛张筛理论分析与结构设计

2.1弛张筛工作原理

2.2 3080 圆振动弛张筛系统动力学模型建立

2.2.1动力学模型建立

2.2.2 3080圆振动弛张筛相对幅频特性分析

2.3 3080 圆振动弛张筛Simulink 仿真分析

2.3.1 Simulink仿真模型建立

2.3.2 Simulink仿真结果分析

2.4 3080 圆振动弛张筛结构设计

2.4.1弛张筛整体结构

2.4.2超静定网梁体激振系统设计

2.4.3橡胶弹簧设计

2.4.4弛张筛筛面及其固定方式

2.5本章小结

3 3080圆振动弛张筛聚氨酯筛面动力学分析

3.1聚氨酯筛面材料力学特性研究

3.1.1聚氨酯弹性体力学特性

3.1.2聚氨酯弹性体Mooney-Rivilin模型材料常数确定

3.2聚氨酯筛面克服堵孔机理分析

3.2.1难筛颗粒堵孔问题研究

3.2.2 筛孔覆盖膜撕裂过程研究

3.3基于弹性压杆的聚氨酯筛面力学模型

3.4聚氨酯筛面仿真分析

3.4.1模型建立

3.4.2施加约束

3.4.3仿真结果分析

3.5本章小结

4 3080圆振动弛张筛动态特性分析

4.1 3080 圆振动弛张筛有限元模型

4.1.1弛张筛几何模型建立

4.1.2有限元分析前处理

4.23080 圆振动弛张筛模态分析

4.2.1 模态分析概述

4.2.2 模态分析结果

4.3 3080 圆振动弛张筛谐响应分析

4.3.1 谐响应分析概述

4.3.2 谐响应分析结果分析

4.4 3080圆振动弛张筛试验验证

4.4.1实验准备

4.4.2 运动学测试

4.4.3实验数据处理与分析

4.4 本章小结

5 3080圆振动弛张筛支承梁优化设计

5.1结构优化设计概述

5.2支承梁位置优化数学模型

5.2.1 设计变量

5.2.2 约束条件

5.2.3 目标函数

5.2.4 数学模型

5.3优化参数分析

5.3.1灵敏度分析

5.3.2响应面分析

5.4优化结果分析

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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