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超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)大型振動篩動態(tài)設(shè)計研究

         隨著煤炭能源需求的增長,煤炭行業(yè)迫切需要處理能力大的振動篩進(jìn)行篩分作業(yè),同時篩分機(jī)械大型化可以減少振動篩的數(shù)量,降低設(shè)備費(fèi)用,帶來較好的經(jīng)濟(jì)效益。但是振動篩的大型化將引起篩體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度不足,嚴(yán)重影響振動篩的使用壽命。目前靜強(qiáng)度加運(yùn)動學(xué)分析的傳統(tǒng)設(shè)計,大多是采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和安全系數(shù)的設(shè)計計算方法,不能準(zhǔn)確揭示出結(jié)構(gòu)內(nèi)部動態(tài)應(yīng)力分布狀況,因此不能保證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計合理性,直接影響產(chǎn)品的使用性能與壽命。所以研究和制造大型振動篩,提升設(shè)計水平,提高振動篩的運(yùn)行可靠性已成為一項(xiàng)重要的研究課題。

        本論文以新設(shè)計的超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)大型振動篩為研究對象,利用有限元分析法和先進(jìn)的振動測試手段,將動態(tài)設(shè)計法應(yīng)用于大型振動篩的設(shè)計中,提高了振動篩的可靠性。根據(jù)等厚篩分原理,提出了3種篩分效率較高的新型篩分結(jié)構(gòu)。運(yùn)用機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)原理建立了前2種振動篩結(jié)構(gòu)較準(zhǔn)確的動力學(xué)方程;應(yīng)用多自由度系統(tǒng)振動理論,對振動篩進(jìn)行了運(yùn)動分析,計算了篩面上特殊點(diǎn)的振幅、運(yùn)動速度、拋擲指數(shù)等工藝參數(shù),研究了各自的篩分特性;分析了香蕉篩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和篩分特性,指出了3中篩分結(jié)構(gòu)各自的適用范圍。對超靜定結(jié)構(gòu)的特性和該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于振動篩設(shè)計的可行性進(jìn)行了分析,大型振動篩設(shè)計中,在香蕉篩基礎(chǔ)上,采用了由管群通過跨中的靜定板與兩根激振器梁的耦聯(lián)構(gòu)成的超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)。給出了振動篩的主要技術(shù)參數(shù),確定了結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部件技術(shù),并對振動篩進(jìn)行了動力學(xué)參數(shù)的設(shè)計計算。進(jìn)一步分析了大型超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)振動篩的動力學(xué)特性,研究了振動篩的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性。給出了提高有限元模型計算精度及穩(wěn)定性的方法,建立了合理的振動篩有限元計算模型。對螺栓連接,給出了適合的簡化方法。應(yīng)用有限元分析法對振動篩局部重要結(jié)構(gòu)及整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了固有特性分析。分析結(jié)果為結(jié)構(gòu)的動力學(xué)修改提供依據(jù),為實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的測點(diǎn)布置提供參考。同時運(yùn)用有限元分析法對振動篩進(jìn)行動力響應(yīng)分析,獲得了工作頻率下整體及局部結(jié)構(gòu)的動應(yīng)力和動應(yīng)變。

    分析結(jié)果驗(yàn)證了超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)良特性,為振動篩的結(jié)構(gòu)修改提供參考。同時采用先進(jìn)的測試手段對振動篩進(jìn)行了振動測試。通過對實(shí)體樣機(jī)進(jìn)行模態(tài)測試實(shí)驗(yàn),獲得了結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了有限元分析的正確性,并用于指導(dǎo)振動篩局部結(jié)構(gòu)的修改和修正有限元計算模型。在以上工作的基礎(chǔ)上,應(yīng)用靈敏度分析法對振動篩結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)修改。根據(jù)拉格朗日乘子構(gòu)造法則,用實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)頻率和振型構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)對有限元模型進(jìn)行修正,給出了適用于有限元模型修正的質(zhì)量矩陣和剛度矩陣。基于有限元分析和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的結(jié)果,應(yīng)用特征靈敏度分析法對振動篩的進(jìn)料端、出料端及側(cè)板結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改,使其動力學(xué)參數(shù)更加合理,提高了大型振動篩的剛度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。為了解決大型振動篩工作過程中側(cè)板動應(yīng)力過高易損壞的問題,對振動篩進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。