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超靜定網梁結構大型振動篩動態設計研究

         隨著煤炭能源需求的增長,煤炭行業迫切需要處理能力大的振動篩進行篩分作業,同時篩分機械大型化可以減少振動篩的數量,降低設備費用,帶來較好的經濟效益。但是振動篩的大型化將引起篩體結構強度和剛度不足,嚴重影響振動篩的使用壽命。目前靜強度加運動學分析的傳統設計,大多是采用經驗數據和安全系數的設計計算方法,不能準確揭示出結構內部動態應力分布狀況,因此不能保證產品結構的設計合理性,直接影響產品的使用性能與壽命。所以研究和制造大型振動篩,提升設計水平,提高振動篩的運行可靠性已成為一項重要的研究課題。

        本論文以新設計的超靜定網梁結構大型振動篩為研究對象,利用有限元分析法和先進的振動測試手段,將動態設計法應用于大型振動篩的設計中,提高了振動篩的可靠性。根據等厚篩分原理,提出了3種篩分效率較高的新型篩分結構。運用機械系統動力學原理建立了前2種振動篩結構較準確的動力學方程;應用多自由度系統振動理論,對振動篩進行了運動分析,計算了篩面上特殊點的振幅、運動速度、拋擲指數等工藝參數,研究了各自的篩分特性;分析了香蕉篩的結構特點和篩分特性,指出了3中篩分結構各自的適用范圍。對超靜定結構的特性和該結構應用于振動篩設計的可行性進行了分析,大型振動篩設計中,在香蕉篩基礎上,采用了由管群通過跨中的靜定板與兩根激振器梁的耦聯構成的超靜定網梁結構。給出了振動篩的主要技術參數,確定了結構關鍵部件技術,并對振動篩進行了動力學參數的設計計算。進一步分析了大型超靜定網梁結構振動篩的動力學特性,研究了振動篩的結構強度和可靠性。給出了提高有限元模型計算精度及穩定性的方法,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。應用有限元分析法對振動篩局部重要結構及整體結構進行了固有特性分析。分析結果為結構的動力學修改提供依據,為實驗模態分析的測點布置提供參考。同時運用有限元分析法對振動篩進行動力響應分析,獲得了工作頻率下整體及局部結構的動應力和動應變。

    分析結果驗證了超靜定網梁結構的優良特性,為振動篩的結構修改提供參考。同時采用先進的測試手段對振動篩進行了振動測試。通過對實體樣機進行模態測試實驗,獲得了結構的模態參數。實驗結果驗證了有限元分析的正確性,并用于指導振動篩局部結構的修改和修正有限元計算模型。在以上工作的基礎上,應用靈敏度分析法對振動篩結構進行動力學修改。根據拉格朗日乘子構造法則,用實驗模態頻率和振型構造目標函數對有限元模型進行修正,給出了適用于有限元模型修正的質量矩陣和剛度矩陣。基于有限元分析和實驗模態分析的結果,應用特征靈敏度分析法對振動篩的進料端、出料端及側板結構進行修改,使其動力學參數更加合理,提高了大型振動篩的剛度和結構穩定性。為了解決大型振動篩工作過程中側板動應力過高易損壞的問題,對振動篩進行了結構優化設計。