高频振动筛的优化设计及静动力学分析.pdf

结构设计No.7,2023DevelopmentManagementandMechanical2023年第7 期Total243总第2 4 3 期机械管理开发D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.058高频振动筛的优化设计及静动力学分析徐建云（山西兴新安全生产技术服务有限公司，山西太原030024)摘要：为解决传统高频振动筛在实际应用中侧板裂开以及底座振动严重导致振动梁断裂的问题，结合振动筛设计规范和实践生产需求确定了高频振动筛的运动学参数，其为振动筛优化的基础；重点对振动筛的侧板和底座进行优化设计，并对优化振动筛的相关力学方面进行仿真分析，验证了振动筛优化的效果。关键词：高频振动筛；弹簧底座；筛箱侧板；加强筋；振动梁中图分类号：TH322文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3 X(2023)07-0146-0205引言振动筛为选煤厂的关键设备，其主要是对物料的筛分、脱水以及冷却等。根据应用场合的不同，可将振动筛分为不同的类型。对于高频振动筛而言，由于设备的工作频率较高，导致其所承受的载荷较大，尤其是在筛分物料重力的影响下振动筛所产生的惯性力成倍的增加 1-2)。由于传统振动筛筛箱的疲劳强度较低，导致其在重负荷的作用下造成设备底梁出现弯曲、振动梁断裂以及筛箱侧板裂开等故障，进而影响选煤厂对原煤的分选效率。为解决传统振动筛结构强度不足的问题，本文重点对高频振筛的结构进行优化设计,并对优化后振动筛的静动力学进行分析 3 1高频振动筛的优化设计本文所设计高频振动筛的主要依据为振动筛设计规范，并结合实际生产要求具体确定高频振动筛的结构和动力学参数 4 。结合选煤厂的实际生产工况，要求对应高频振动筛的处理能力为5 0 t/h；同时结合相关规范和标准确定高频振动筛的运动学参数和动力学参数;最终,对振动筛筛箱和底座进行优化设计 5 高频振动筛的总体结构如图1所示。1.1高频振动筛参数确定针对振动筛的运动学参数而言，主要包括有振动强度、抛射强度、筛面倾角、方向角等参数。本文结合设计经验和相关标准规范完成上述参数的设计。41一激振器；2 一筛箱；3 一柔性联轴器；4 一电动机;5 一底座图1高频振动筛总体结构示意图1)振动强度：该参数直接反映了设备可承受的振动强度。目前，选煤厂机械行业的制造水平和选煤厂的工况，将振动强度控制在3 8 之间；本工程将振动强度设计为5。2)抛射强度：该项参数值主要与振动筛的结构形式和所筛分的物料的特性相关。一般对于直线振动筛将其设置在2.5 4.0 之间，而对于圆振动筛将其设置在3.0 5.0 之间。对于容易筛分的物料一般将该值取较小值，而对于难以筛分的物料一般取较大值。结合本选煤厂的分选物料的特点，本工程确定抛射强度为3.0。3)筛面倾角：该项参数与振动筛的结构形式及其实际工况中的振动幅度相关。对于直线振动筛，该项参数取值范围为0 1；而对于圆振动筛而言，该项参数取值范围为2 0 2.5。本工程确定筛面倾角为2 0。同理，结合相关规范和标准确定了振动筛的运动学参数，如表1所示。表1振动筛运动学参数运动学参数名称运动学参数数值振动强度5抛射强度3.0筛面倾角）20方向角。）40筛面振动幅度/mm5振动频率/Hz24结合上述所确定的振动筛的运动学参数，针对原高频振动筛筛箱强度不足以及振动严重的问题，重点从筛箱和底座着手对高频振动筛进行优化设计。1.2高频振动筛结构优化设计1.2.1高频振动筛筛箱强度的增强设计在实际生产中，振动筛筛箱的侧板在重载荷的作收稿日期：2 0 2 2-0 5-0 5作者简介：徐建云（19 8 9 一），女，山西翼城人，大专，毕业于山西煤炭职业技术学院电子信息工程技术专业，工程师，从事非煤矿山行业评价工作。147.徐建云：高频振动筛的优化设计及静动力学分析2023年第7 期用下极易裂开。为了解决上述问题，需要增强筛箱侧板的刚度，具体操作如下：在筛箱侧板的边缘焊接8 0钢，在侧板的中间位置焊接8 mm厚的钢板,提升其刚度。振动筛筛箱加强后侧板的结构如图2 所示。451一螺栓孔；2 一激振器安装孔；3 一中间8 mm的加强筋；4一侧板四周焊接的角钢；5 一安装孔图2筛箱侧板的优化结构图1.2.2振动筛底座的优化设计振动筛底座不仅承受设备本身和所筛分物料的重量，还需承载振动筛振动所带来的载荷。其中，由于设备振动而对底座所造成的冲击较大，进而形成谐振效应。因此，为了减小振动载荷对底座的冲击,加剧了设备的反冲击问题，为振动筛配套弹簧底座。弹簧底座的结构如图3 所示。31一底座梁;2 一前弹簧支座;3 一电机座;4 一后弹簧支座图3弹簧底座结构示意图根据振动筛本身的重量及其筛分物料的重量，并结合在其实际筛分过程中的振动情况，为其所配套的橡胶弹簧底座的具体参数如表2 所示。表2橡胶弹簧参数参数名称直径/mm高度/mm刚度/(kg/cm)参数指标1201403502优化后振动筛的力学分析在原振动筛仿真模型的基础上，对筛箱侧板和底座的模型根据上述的优化设计参数进行修改，并根据修改后的情况对模型中的弹性模量、泊松比以及密度等参数进行重新设置。为了准确反应优化振动筛是否能够适应实际生产中的振动工况，为其施加准确相应工况的载荷尤为重要。因此，本文重点对振动筛的静载荷和动载荷进行分析，并将最终分析所得的结果应用于仿真模型中2.1振动筛载荷分析将仿真模型的参数完全设计后，通过软件计算得出整机的质量为4.5 t；该振动筛筛箱的体积为0.0 7 9m,对应的筛箱一次性可筛分物料的量为0.12 t。则振动筛所承受的最大惯性载荷为2 2 7 kN，其中物料所产生的惯性载荷为5.9 1kN（计算依据：振动圆频率为99.3 rad/s,振幅为 5 mm)。2.2静力学分析本文针对振动筛优化的重点为筛箱的侧板和底座。因此，对优化后筛箱侧板和底座的静力学进行分析。2.2.1筛箱侧板的力学分析将“2.1”中得出的振动筛的受力在仿真模型中设置，对侧板的受力以及变形情况进行仿真分析。仿真结果如表3 所示，在正常工况中振动筛筛箱侧板所承受的最大应力为2 0 1.0 2 MPa，远小于其Q235A材料的极限值3 7 5 MPa，在安全生产的范围之内。侧板的最大变形量为1.9 9 mm，该变形量可忽略不计。表3筛箱侧板仿真结果仿真结果最大应力值/MPa最大变形量/mm仿真数据201.021.992.2.2弹簧底座的力学分析将“2.1 中得出的振动筛的受力在仿真模型中设置，对弹簧底座的受力以及变形情况进行仿真分析。仿真结果如表4 所示，在正常工况中振弹簧底座所承受的最大应力为7 6.7 4 MPa，远小于其Q235A材料的极限值3 7 5 MPa,在安全生产的范围之内。底座的最大变形量为0.3 4 5 mm，该变形量可忽略不计。表4弹簧底座仿真结果仿真结果最大应力值/MPa最大变形量/mm仿真数据76.740.3453丝结语振动筛为选煤厂的关键筛分设备，其在实际生产过程中由于设备本身自重和物料重量所引起的对设备本身的惯性载荷冲击导致侧板开裂、底座对设备造成反冲击的问题。对筛箱侧板采用在其中间加装8mm厚钢板的加强筋，并在其四周焊接角钢提升侧板的刚度；同时，为底座增加橡胶弹簧减小底座对设备造成的反冲击。通过对优化后振动筛侧板和弹簧的底座力学分析得出：侧板和弹簧底座的最大应力远小于材料本身的极限强度，而且二者的变形均可忽略不计，不会对生产造成影响。参考文献1周峰，曹会民.华源矿业高频振动筛处理煤泥水创出好效益 J.工矿自动化，2 0 0 4(6)：111-112.2赵环帅.大型高频振动筛动态特性及内部应力分布特点分析 J.矿业研究与开发，2 0 13（5）：5 4-5 5.3袁世先，邵堃利用ANSYS模态分析的组合式圆振动筛降噪研究J.现代制造工程，2 0 14(3)：12 3-12 7.（下转第15 0 页）ncyy Vibrating Screen（编辑：王婧）上接第14 7 页上接第14 5 页）.150.第3 8 卷机械管理开发践使得带式输送机的工作效率得到了很大程度的提高，保障了井下安全正常生产的同时，又为煤矿企业增长了经济收益。5结语带式输送机作为井下的重要运输生产设备，其工作效率的高低直接关乎企业的经济收益。而在其运行过程中，由于种种原因难免会出现皮带跑偏的现象，本文基于这一现状,设计了一种皮带纠偏装置,并对其结构组成以及工作原理进行了详细的阐述。最后，为了验证其在实际生产中的可行性，又将其投人到了实际生产中来检验其应用效果。结果表明，本文研制的带式输送机皮带纠偏系统可以很好的控制皮带的运行，防止了跑偏现象的发生，增加了生产效率的同时，又为企业带来了直接经济收益，有一定的应用价值。参考文献1甘宝宁，带式输送机皮带跑偏现象原因分析及自动纠偏装置的设计 J.内蒙古煤炭经济,2 0 2 1(15）：6 0-6 1.2毛明亮.皮带输送机胶带跑偏原因分析及处理 J.江西煤炭科技，2015(2):61-63.3李涛涛.带式输送机胶带跑偏原因分析及调整方法 J.机械工程与自动化，2 0 12(3）：18 0-18 1.（编辑：王婧）Analysis of the Causes of Belt Conveyor Runout and Design of Deflection Correction deAnalysis of the Causes of Belt Conveyor Runout and Design of Deflection Correction deviceZhang Bin(Shanxi Coking Coal Xishan Coal&Electric Tunlan Mine Safety Supervision Department,Gujiao Shanxi030200,China)Abstract:Through the study of belt conveyor runout force,the causes of belt conveyor runout are analyzed and a belt conveyor runoutcorrection device is designed.The device can use the vertical roller detection device to understand the operation of the belt in the beltconveyor in real time,and accurately transmit the information of the working condition to the PLC controller,and if abnormalities are found,the designed deviation correction device will carry out the correction work.The results of the practical application show that the device isable to handle the belt runout phenomenon well and has certain application value.Key words:belt conveyor;belt deflection;deflection correction device;vertical roller拉力不平衡以及现有拉力平衡设备存在的不足以解决该问题的现状进行了研究，通过理论探讨与试验研究的对比，证明了该系统能有效地解决多股钢丝绳的张力平衡问题，既为井下提升系统的张力均衡提供了一种新途径，也为井下的矿井提升工作寻求了新的保障。参考文献1赵强.摩擦式提升机钢丝绳液压自动平衡装置检测研究 J.煤矿机械，2 0 13(8）:2 2 1-2 2 2.2桑安乐.多绳提升机钢丝绳张力自动平衡悬挂装置的使用探讨J.中国科技信息，2 0 0 7（16：3 7-3 8.3王大明.提升钢丝绳张力自动平衡悬挂装置的应 J.煤炭技术，2003(10):11-12.（编辑：王婧）Design of Tension Balancing Device for a HoistXu Xingwen(Tunlan Mine,Shanxi Coking CCoal Group Co.,Ltd,Gujiao Shanxi 030200,China)Abstract:In view of the unbalanced tension of multiple steel wire ropes and the shortcomings of the current tension balancing mechanismwith short adjustment distance,the design idea of a tension balancing device for multiple steel wire ropes is proposed,and it is provedthrough experiments that the device can effectively solve the tension balancing problem between multiple steel wire ropes.Key words:wire rope;hoist;tension balancing4崔中云.德瑞克高频振动筛在增产降耗中的应用 J.矿冶工程，2012,32(Z1):142-145.5赵环帅，尹德夺.我国高频振动筛标准制定现状及主要技术内容分析 J1.中国煤炭，2 0 2 0,4 6（6)：8 7-8 8.Optimal Design and Static Dynamics Analnd Static Dynamics Analysis of High FrequeXu Jianyun(Shanxi Xingxin Safety Production Technology Service Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030024,China)Abstract:In order to solve the problem of cracked side plates and serious vibration of the base leading to fracture of the vibrating beam inthe practical application of traditional high frequency vibrating screens.The kinematic parameters of the high frequency vibrating screen aredetermined in combination with the design specifications of the vibrating screen and the practical production requirements,which are thebasis for the optimisation of the vibrating screen;the focus is on the optimised design of the side plate and base of the vibrating screen,andthe mechanics of the optimised vibrating screen is simulated and analysed to verify the effect of the optimisation of the vibrating screen.Key words:high frequency vibrating screen;spring base;screen box side plate;reinforcement;vibrating beam