【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 振力的合力作用下，達(dá)到對(duì)物料進(jìn)行分級(jí)和篩分的目的[38]。常用的直線振動(dòng)篩有以下四種：DZSF型直線振動(dòng)篩、ZKB型直線振動(dòng)篩、FS直線振動(dòng)微粉篩以及型號(hào)為DZSFKD型直線振動(dòng)篩等。我國(guó)科學(xué)家以我國(guó)基本需求作為基礎(chǔ)，研發(fā)出ZK系列直線振動(dòng)篩，是一種新型系列振動(dòng)篩，基于吸收與消化國(guó)內(nèi)外先進(jìn)振動(dòng)篩特性，并根據(jù)多年相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步研發(fā)的具有高效性篩分設(shè)備，適合在多種部門中應(yīng)用，分別為污水處理、選煤、發(fā)電、選礦、制鹽、制糖等。通過(guò)采用該振動(dòng)篩，可按照不同的濕度類型對(duì)細(xì)物料實(shí)現(xiàn)干、濕式粒度作業(yè)，可分為脫水、脫泥以及脫介等，與不同類型直線振動(dòng)篩相同，兩臺(tái)電機(jī)完成反向與同步旋轉(zhuǎn)，通過(guò)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，兩臺(tái)激振器具有相同偏心距離與偏心質(zhì)量進(jìn)行反向同速旋轉(zhuǎn)，在平行于電機(jī)軸線的方向其偏心塊所產(chǎn)生的激振力相互抵消，在垂直于電機(jī)軸方向采用疊合方式成為合力[39]。力學(xué)原理作為基礎(chǔ)，兩偏心質(zhì)量可完成自動(dòng)同步運(yùn)動(dòng)，位于振動(dòng)方向振動(dòng)篩可完成直線型運(yùn)動(dòng)與往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。物料通過(guò)給料機(jī)慢慢地進(jìn)到篩分機(jī)中，在經(jīng)過(guò)層層篩選后不同類型的物料在指定的排口排出，最終可實(shí)現(xiàn)分析與篩選物料。 寬篩面直線振動(dòng)篩物料運(yùn)動(dòng)與工藝參數(shù)分析 篩面物料運(yùn)動(dòng)分析1）篩面運(yùn)動(dòng)方程直線振動(dòng)篩按照振動(dòng)方向的篩面向展開(kāi)直線型運(yùn)動(dòng)，它的位移為[40]： （1）式中：；基于與篩面保持平行狀態(tài)的x方向、與篩面保持垂直狀態(tài)的的y方向把篩面運(yùn)動(dòng)進(jìn)行位移分解，能夠獲取下述數(shù)值： （2） （3）根據(jù)上述兩個(gè)算式對(duì)的一階導(dǎo)數(shù)與二階導(dǎo)數(shù)，能夠獲取篩面順著x、y方向所形成的加速度與速度： （4） （5） （6） （7）公式中：表示為振動(dòng)方向角，物料與篩面跳離的瞬間產(chǎn)生的夾角，被稱作拋射角。文章研究的振動(dòng)篩夾角是45176。2）分析篩面物料運(yùn)動(dòng)篩面物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)類型較多，可分為相對(duì)靜止、反向滑動(dòng)、正向滑動(dòng)、拋擲運(yùn)動(dòng)等，篩面選擇的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)按照振幅頻率與篩面傾角確定。拋擲運(yùn)動(dòng)表示物料顆粒的一種運(yùn)動(dòng)模式，本論文就拋擲運(yùn)動(dòng)的基本理論進(jìn)行分析，物料被拋起時(shí)沿工作面向前做拋物線運(yùn)動(dòng)。物料篩面上做拋擲運(yùn)動(dòng)時(shí)在的受力情況如圖3所示[41]：圖3 篩面上物料顆粒的實(shí)際受力狀態(tài)參考圖 Force state of material granules on the screen surface基于簡(jiǎn)單分析的目標(biāo)，只需對(duì)單個(gè)物料粒在曬面上形成的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析而忽略顆粒間的相互摩擦力。圖中，篩面沿S方向振動(dòng)，N為篩面對(duì)物料所形成的法向反力，F(xiàn)表示篩面對(duì)物料所形成的摩擦力，其中單顆物料的具體受力值的計(jì)算公式如下： （8） （9）物料顆粒能夠進(jìn)行拋擲運(yùn)動(dòng)需要滿足這個(gè)條件：順著y方向的正壓力值是0，也就是說(shuō)相對(duì)加速度值是0： （10） （11）式中：消去m得： （12） （13） （14） （15）式中：若物料拋擲指數(shù)值時(shí)，存在解值并保持在0~180176。中；時(shí)，則沒(méi)有解。 直線振動(dòng)篩工藝參數(shù)選擇振動(dòng)篩工藝參數(shù)指標(biāo)主要包括拋射角、振幅、振動(dòng)篩頻率、篩面傾角等結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響著振動(dòng)篩的工藝效果。1）振動(dòng)強(qiáng)度與拋擲指數(shù)的確定一般小于8，許用值（代表了振動(dòng)篩的強(qiáng)度值）〔K〕=4~6。，通過(guò)可以通過(guò)高速拋擲方式進(jìn)行物料的篩選與分類，~；并且，~5，可選擇中速拋擲方式。此類方式對(duì)振動(dòng)篩機(jī)體的性能（如強(qiáng)度和剛度）要求也不高，并且產(chǎn)量和篩分效率都很高[42]。2）篩面傾角安裝后篩面與水平方向的夾角是篩面傾角。篩面傾角小時(shí)，篩分效率高，并且生產(chǎn)量低，物料移動(dòng)的較慢。直線振動(dòng)篩物料采用斜拋方式，通常采用水平方式安裝，產(chǎn)生的傾角為0。處于直線振動(dòng)情況下，顆粒較大的物料容易堵塞篩孔，篩面屬于平面型，為避免此類情況的出現(xiàn)應(yīng)該對(duì)篩面晃動(dòng)速度提出更高標(biāo)準(zhǔn)要求，晃動(dòng)速度不僅無(wú)法高于指定范圍，同時(shí)無(wú)法超過(guò)臨界值。篩孔直徑與臨界晃動(dòng)速度之間成正比。在屏面上安裝的振動(dòng)篩一般要選擇中、小顆粒的篩孔。造成圓振動(dòng)篩的篩面傾角弧度很大的原因在于圓振動(dòng)篩的拋射角度大，不過(guò)基于篩面之上的物料滑動(dòng)速度不快，只有增大篩面傾角才能加快物料滑動(dòng)速度，進(jìn)而提高工作效率[43]。3）振動(dòng)方向角直線振動(dòng)篩最關(guān)鍵一個(gè)參數(shù)就是振動(dòng)方向角，它指的是夾角和篩箱的一種整體運(yùn)動(dòng)方向，也被稱之為拋射角。通常起角控制在30176。~65176。內(nèi)，我國(guó)普遍選擇45176。4）振幅與頻率振動(dòng)篩在工作期間最重要的一個(gè)參數(shù)值就是振幅值，其中振動(dòng)篩頻率表示在一分鐘內(nèi)篩箱總振動(dòng)次數(shù)。各種類型的振動(dòng)篩具體振幅要求不同。直線振動(dòng)篩振幅控制在4~6mm內(nèi)，圓振動(dòng)篩振幅控制在3~4mm內(nèi)。其中篩箱的速度大小及加速速度大小決定振幅及振率。其中篩箱運(yùn)動(dòng)的加速度為[44]： （16）從上式中可以看出，振動(dòng)篩在工作時(shí)要使物料在篩面上拋起需要足夠的加速度才能完成，這就要求振動(dòng)篩要有足夠的振次與振幅，篩箱加速度提高后，篩箱的振動(dòng)次數(shù)與振幅均提高，與振動(dòng)次數(shù)對(duì)比，更大程度影響篩箱加速度。若產(chǎn)生的加速度較高，要求具備較高的振動(dòng)篩內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由經(jīng)驗(yàn)提出，篩箱最佳加速度處于70~85m/s2最合適。5）物料運(yùn)動(dòng)速度物料在篩面上轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的速度通常情況根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算，這是由于理論值與實(shí)際值相差很大。對(duì)于直線振動(dòng)篩，物料的運(yùn)動(dòng)速度按下式進(jìn)行計(jì)算： （17）式中：表3 傾角對(duì)物料平均速度的影響系數(shù) Influence coefficien of angle effects on materials average speed傾角α176。15105051015~~~1~~~表4 物質(zhì)層厚度影響系數(shù) Influence coefficien of material layer thickness物料層厚度篩孔a的倍數(shù)薄料層（1~2a）中厚料層（3~5a）厚料層（10~20a）料層厚度影響系數(shù)~1~~表5 滑行運(yùn)動(dòng)影響系數(shù) Influence coefficien of angle effects on materials average speed拋擲指數(shù)123———~~1~16）生產(chǎn)率通過(guò)下文使用的兩種方法對(duì)生產(chǎn)率計(jì)算：（1）流量法 （18）式中：（2）平均法 （19）式中： 寬篩面直線振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)參數(shù)分析 振動(dòng)篩參振質(zhì)量對(duì)直線振動(dòng)篩來(lái)說(shuō)，參振總質(zhì)量包括兩個(gè)部分：一部分是參加振動(dòng)的物料的質(zhì)量；一部分則是參加振動(dòng)的振動(dòng)篩各部件的質(zhì)量（包括激振器、篩箱、支撐裝置的上彈簧座等的質(zhì)量），其參振總質(zhì)量對(duì)于固有頻率以及慣性力影響較大： （20） （21）式中： （222）式中：其中，每個(gè)激振器的質(zhì)量為1583kg；聯(lián)軸器的質(zhì)量為40kg；聯(lián)軸器罩質(zhì)量為10kg；彈簧座質(zhì)量為320kg；；；103 kg/m3；篩面上物料厚度為200mm。通過(guò)采用上文公式，得到直線振動(dòng)篩整體參振質(zhì)量是13790公斤。 激振器偏心距的計(jì)算偏心塊發(fā)揮關(guān)鍵作用的是主副偏心輪，它的重量與回轉(zhuǎn)半徑需要達(dá)到下述條件： （233）式中： 其中振幅A屬于設(shè)計(jì)值，取3~5mm；偏心輪組數(shù)為8；；。 激振彈簧剛度任何振動(dòng)機(jī)械都會(huì)產(chǎn)生交變載荷，所以振動(dòng)機(jī)械都應(yīng)該具有減振裝置，否則向基礎(chǔ)傳遞的交變載荷會(huì)損壞基礎(chǔ)設(shè)施，彈簧的功能是降低對(duì)交變載荷值的依賴性，在直線振動(dòng)篩中利用6組橡膠彈簧具有一定支撐作用，下面是計(jì)算剛度使用的公式： （244）式中： ；，取5400rad/s； 。每個(gè)彈簧的剛度： （255）式中： 該大型直線振動(dòng)篩橡膠彈簧規(guī)格為φ240240φ50；靜剛度為315177。10 N/mm；彈簧剛度為313N/mm。 篩箱重心及激振器位置分析直線振動(dòng)篩的重心可以按照下列式子進(jìn)行計(jì)算： （266） （277）式中分別表示為第個(gè)構(gòu)件的質(zhì)量和其X，Y坐標(biāo)。 振動(dòng)篩振幅及電機(jī)功率計(jì)算1）系統(tǒng)的振動(dòng)方程激振器產(chǎn)生的簡(jiǎn)諧激振力構(gòu)成該振動(dòng)篩系統(tǒng)所受到的外力。由于激振器產(chǎn)生定向的簡(jiǎn)諧力，振動(dòng)篩體將在其作用下產(chǎn)生定向振動(dòng)。大型直線振動(dòng)篩系統(tǒng)在振動(dòng)運(yùn)行時(shí)，篩箱與彈簧會(huì)各自形成不同類型的力，比如慣性力、彈簧力等，基于達(dá)朗貝爾工作理論，系統(tǒng)振動(dòng)公式如下所示： （288） （299）式中： 由前文分析可知，在方向激振力總是抵消，所以在式（28）的解為零，整理式（29）的右端，可得： （30）在計(jì)算過(guò)程中，如果系統(tǒng)阻尼較小，可以忽略系統(tǒng)阻尼，這樣可以方便計(jì)算，所以方程可改寫為： （311）2）振動(dòng)篩篩箱的振幅振動(dòng)篩的振動(dòng)在激振力的作用下屬于穩(wěn)態(tài)的強(qiáng)迫振動(dòng)，通過(guò)振動(dòng)篩力學(xué)模型所獲取的振動(dòng)公式能夠得到具體的篩箱振幅值，振幅會(huì)隨著能量的消耗而逐漸降低，因此在計(jì)算時(shí)只要求得特解就可以，該值是： （322）對(duì)上分別求其一階、二階導(dǎo)數(shù)，得： （333） （344）將式（32）和式（33）代入式（34）中，于是： （355）。3）電機(jī)功率計(jì)算振動(dòng)篩的電機(jī)功率滿足下式： （366）式中： （1）振動(dòng)阻尼消耗的功率振動(dòng)阻尼消耗的功率主要是由激振器為克服振動(dòng)篩篩箱的運(yùn)動(dòng)阻力而消耗的功率，其表達(dá)式為： （377）式中： （2）摩擦力消耗的功率摩擦力的損耗通常指的是在運(yùn)行工作中，激振器需要應(yīng)付軸承形成的摩擦力，其損耗功率主要取決于激振力或篩箱運(yùn)動(dòng)的慣性力，這部分的表達(dá)式為： （388）式中： 小結(jié)本章通過(guò)物料運(yùn)動(dòng)與工藝參數(shù)以及振動(dòng)篩的工作原理對(duì)直線振動(dòng)篩進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，介紹了直線振動(dòng)篩的主要結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理，并且還對(duì)物料的運(yùn)作模式與振動(dòng)篩工藝具體參數(shù)值進(jìn)行了研究。第3章 振動(dòng)篩有限元模型的建立第3章 振動(dòng)篩有限元模型的建立 有限元建模需考慮的問(wèn)題位于有限元分析內(nèi)，創(chuàng)建模型作為最重要的一部分，模型質(zhì)量高低與最終得到分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有直接關(guān)系。在創(chuàng)建模型時(shí)，可對(duì)部分次要因素忽略，從而減少計(jì)算機(jī)運(yùn)行周期、降低建模工作量、減少運(yùn)算過(guò)程對(duì)硬件資源的需求量等，在簡(jiǎn)化后不會(huì)出現(xiàn)較大誤差的情況下，簡(jiǎn)化部分實(shí)體。創(chuàng)建振動(dòng)篩有限元模型過(guò)程中必須重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面：1）選擇有限單元選擇單元作為建立有限元模型中最重要的一部分，建立模型過(guò)程中需要考慮的問(wèn)題類型較多，主要包括各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域、模型維數(shù)、模型對(duì)稱性、該單元支持的計(jì)算機(jī)特性與單元、設(shè)置單元關(guān)鍵字選項(xiàng)、設(shè)置單元實(shí)常數(shù)與截面屬性、連接各個(gè)單元、限制單元、輸出單元結(jié)果數(shù)據(jù)等。2）創(chuàng)建一一般模型分析與否振動(dòng)篩模型的結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，在激振器大梁兩側(cè)安裝相應(yīng)的激振器，由此可見(jiàn)，篩箱載荷同樣具有對(duì)稱性。建立有限元分析對(duì)稱性模型，建模過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單，計(jì)算機(jī)運(yùn)算量很大程度降低。3）創(chuàng)建振動(dòng)篩二次隔振系統(tǒng)模型與否振動(dòng)結(jié)構(gòu)中，二次隔振系統(tǒng)具有一定重要性，可降低來(lái)自振動(dòng)篩對(duì)地基產(chǎn)生的沖擊性。文章中提到位于有限元分析過(guò)程中，二次隔振系統(tǒng)不會(huì)對(duì)振動(dòng)篩應(yīng)力產(chǎn)生較大影響，未創(chuàng)建該模型。4）模擬激振器與增加激振力創(chuàng)建振動(dòng)篩模型時(shí)遇到問(wèn)題是關(guān)于如何完成激振力的增大與模擬激振器。文章在該方面做了深入研究，通過(guò)質(zhì)量點(diǎn)單元對(duì)大偏心塊質(zhì)量的激振器進(jìn)行模擬，利用剛化區(qū)域的方式在激振器安裝座上完成質(zhì)點(diǎn)剛化。 篩箱模型簡(jiǎn)化按照振動(dòng)篩的實(shí)際結(jié)構(gòu)對(duì)大型直線振動(dòng)篩建立振動(dòng)篩有限元模型時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理，這樣不僅能有助于提高工作效率，更能便于簡(jiǎn)化分析模型。模型質(zhì)量的高低將會(huì)對(duì)有限元信息精準(zhǔn)度產(chǎn)生最為重要的影響。相對(duì)其他結(jié)構(gòu)而言大型直線振動(dòng)篩實(shí)體模型比較復(fù)雜，不可能完全用實(shí)體模型的原型利用相關(guān)軟件對(duì)其進(jìn)行有限元分析，因此要將其實(shí)體模型簡(jiǎn)化，但前提是必須確保有限元分析數(shù)據(jù)不會(huì)出現(xiàn)較大誤差，在建模時(shí)必須對(duì)忽略部分細(xì)節(jié)特性與和工藝結(jié)構(gòu)。在建立直線振動(dòng)篩有限元模型的過(guò)程中應(yīng)該考慮到以下幾點(diǎn)：1）建立模型進(jìn)行分析考慮是否取其二分之一直線振動(dòng)篩得產(chǎn)生的激振力是按照對(duì)稱模式而組織的，其結(jié)構(gòu)組織亦是如此。對(duì)于此類振動(dòng)篩而言，其產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變亦是對(duì)稱而成。所以在對(duì)有限元進(jìn)行研究時(shí)可通過(guò)振動(dòng)篩模型的二分之一、 四分之一或八分之一進(jìn)行計(jì)算。但是這種模型的簡(jiǎn)化不適用于對(duì)振動(dòng)篩的動(dòng)力學(xué)分析當(dāng)中，僅僅適用于靜力分析。因?yàn)樵趧?dòng)力學(xué)分析過(guò)程中不存在變形為零且位置不變的平面，結(jié)構(gòu)中的所有參量都是波動(dòng)的。若是選擇平面對(duì)稱模型往往會(huì)導(dǎo)致信息不精準(zhǔn)。此次研究課題與諧響應(yīng)相關(guān)，所以會(huì)通過(guò)整體模型展開(kāi)對(duì)直線振動(dòng)篩的研究。2）二次隔振系統(tǒng)在建立振動(dòng)篩模型時(shí)是否需要在機(jī)體工作時(shí)需要考慮用到二次隔振系統(tǒng)來(lái)減少機(jī)體對(duì)基礎(chǔ)的沖擊力作用，結(jié)合二次隔振系統(tǒng)對(duì)篩箱應(yīng)力所形成的具體影響值而決定應(yīng)不應(yīng)該創(chuàng)建二次隔振系統(tǒng)，在本研究課題中不創(chuàng)建二次隔振系統(tǒng)。3）區(qū)分承載件和工藝飾件建立有限元模型時(shí)承載件不可隨意忽略或簡(jiǎn)化，卻可以忽略工藝飾件。承載件承擔(dān)篩箱受力，真實(shí)的反映篩箱的實(shí)際受