【文章內(nèi)容簡介】 振力的合力作用下，達(dá)到對物料進(jìn)行分級和篩分的目的[38]。常用的直線振動篩有以下四種：DZSF型直線振動篩、ZKB型直線振動篩、FS直線振動微粉篩以及型號為DZSFKD型直線振動篩等。我國科學(xué)家以我國基本需求作為基礎(chǔ)，研發(fā)出ZK系列直線振動篩，是一種新型系列振動篩，基于吸收與消化國內(nèi)外先進(jìn)振動篩特性，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。通過采用該振動篩，可按照不同的濕度類型對細(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篩相同，兩臺電機(jī)完成反向與同步旋轉(zhuǎn)，通過雙電機(jī)驅(qū)動方式，兩臺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)量可完成自動同步運(yùn)動，位于振動方向振動篩可完成直線型運(yùn)動與往復(fù)直線運(yùn)動。物料通過給料機(jī)慢慢地進(jìn)到篩分機(jī)中，在經(jīng)過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。 寬篩面直線振動篩物料運(yùn)動與工藝參數(shù)分析 篩面物料運(yùn)動分析1）篩面運(yùn)動方程直線振動篩按照振動方向的篩面向展開直線型運(yùn)動，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。文章研究的振動篩夾角是45176。2）分析篩面物料運(yùn)動篩面物料運(yùn)動狀態(tài)類型較多，可分為相對靜止、反向滑動、正向滑動、拋擲運(yùn)動等，篩面選擇的運(yùn)動狀態(tài)按照振幅頻率與篩面傾角確定。拋擲運(yùn)動表示物料顆粒的一種運(yùn)動模式，本論文就拋擲運(yùn)動的基本理論進(jìn)行分析，物料被拋起時(shí)沿工作面向前做拋物線運(yùn)動。物料篩面上做拋擲運(yùn)動時(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基于簡單分析的目標(biāo)，只需對單個(gè)物料粒在曬面上形成的運(yùn)動狀態(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，N為篩面對物料所形成的法向反力，F(xiàn)表示篩面對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，也就是說相對加速度值是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)，則沒有解。 直線振動篩工藝參數(shù)選擇振動篩工藝參數(shù)指標(biāo)主要包括拋射角、振幅、振動篩頻率、篩面傾角等結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響著振動篩的工藝效果。1）振動強(qiáng)度與拋擲指數(shù)的確定一般小于8，許用值（代表了振動篩的強(qiáng)度值）〔K〕=4~6。，通過可以通過高速拋擲方式進(jìn)行物料的篩選與分類，~；并且，~5，可選擇中速拋擲方式。此類方式對振動篩機(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，物料移動的較慢。直線振動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)該對篩面晃動速度提出更高標(biāo)準(zhǔn)要求，晃動速度不僅無法高于指定范圍，同時(shí)無法超過臨界值。篩孔直徑與臨界晃動速度之間成正比。在屏面上安裝的振動篩一般要選擇中、小顆粒的篩孔。造成圓振動篩的篩面傾角弧度很大的原因在于圓振動篩的拋射角度大，不過基于篩面之上的物料滑動速度不快，只有增大篩面傾角才能加快物料滑動速度，進(jìn)而提高工作效率[43]。3）振動方向角直線振動篩最關(guān)鍵一個(gè)參數(shù)就是振動方向角，它指的是夾角和篩箱的一種整體運(yùn)動方向，也被稱之為拋射角。通常起角控制在30176。~65176。內(nèi)，我國普遍選擇45176。4）振幅與頻率振動篩在工作期間最重要的一個(gè)參數(shù)值就是振幅值，其中振動篩頻率表示在一分鐘內(nèi)篩箱總振動次數(shù)。各種類型的振動篩具體振幅要求不同。直線振動篩振幅控制在4~6mm內(nèi)，圓振動篩振幅控制在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)動的加速度為[44]： （16）從上式中可以看出，振動篩在工作時(shí)要使物料在篩面上拋起需要足夠的加速度才能完成，這就要求振動篩要有足夠的振次與振幅，篩箱加速度提高后，篩箱的振動次數(shù)與振幅均提高，與振動次數(shù)對比，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)動速度物料在篩面上轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的速度通常情況根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算，這是由于理論值與實(shí)際值相差很大。對于直線振動篩，物料的運(yùn)動速度按下式進(jìn)行計(jì)算： （17）式中：表3 傾角對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)率通過下文使用的兩種方法對生產(chǎn)率計(jì)算：（1）流量法 （18）式中：（2）平均法 （19）式中： 寬篩面直線振動篩的設(shè)計(jì)參數(shù)分析 振動篩參振質(zhì)量對直線振動篩來說，參振總質(zhì)量包括兩個(gè)部分：一部分是參加振動的物料的質(zhì)量；一部分則是參加振動的振動篩各部件的質(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。通過采用上文公式，得到直線振動篩整體參振質(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機(jī)械都會產(chǎn)生交變載荷，所以振動機(jī)械都應(yīng)該具有減振裝置，否則向基礎(chǔ)傳遞的交變載荷會損壞基礎(chǔ)設(shè)施，彈簧的功能是降低對交變載荷值的依賴性，在直線振動篩中利用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)。 振動篩振幅及電機(jī)功率計(jì)算1）系統(tǒng)的振動方程激振器產(chǎn)生的簡諧激振力構(gòu)成該振動篩系統(tǒng)所受到的外力。由于激振器產(chǎn)生定向的簡諧力，振動篩體將在其作用下產(chǎn)生定向振動。大型直線振動篩系統(tǒng)在振動運(yùn)行時(shí)，篩箱與彈簧會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）振動篩篩箱的振幅振動篩的振動在激振力的作用下屬于穩(wěn)態(tài)的強(qiáng)迫振動，通過振動篩力學(xué)模型所獲取的振動公式能夠得到具體的篩箱振幅值，振幅會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)算振動篩的電機(jī)功率滿足下式： （366）式中： （1）振動阻尼消耗的功率振動阻尼消耗的功率主要是由激振器為克服振動篩篩箱的運(yùn)動阻力而消耗的功率，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)動的慣性力，這部分的表達(dá)式為： （388）式中： 小結(jié)本章通過物料運(yùn)動與工藝參數(shù)以及振動篩的工作原理對直線振動篩進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)分析，介紹了直線振動篩的主要結(jié)構(gòu)與運(yùn)行原理，并且還對物料的運(yùn)作模式與振動篩工藝具體參數(shù)值進(jìn)行了研究。第3章 振動篩有限元模型的建立第3章 振動篩有限元模型的建立 有限元建模需考慮的問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)算過程對硬件資源的需求量等，在簡化后不會出現(xiàn)較大誤差的情況下，簡化部分實(shí)體。創(chuàng)建振動篩有限元模型過程中必須重點(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，建立模型過程中需要考慮的問題類型較多，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篩模型的結(jié)構(gòu)具有對稱性，在激振器大梁兩側(cè)安裝相應(yīng)的激振器，由此可見，篩箱載荷同樣具有對稱性。建立有限元分析對稱性模型，建模過程變得更加簡單，計(jì)算機(jī)運(yùn)算量很大程度降低。3）創(chuàng)建振動篩二次隔振系統(tǒng)模型與否振動結(jié)構(gòu)中，二次隔振系統(tǒng)具有一定重要性，可降低來自振動篩對地基產(chǎn)生的沖擊性。文章中提到位于有限元分析過程中，二次隔振系統(tǒng)不會對振動篩應(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)建振動篩模型時(shí)遇到問題是關(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，通過質(zhì)量點(diǎn)單元對大偏心塊質(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。 篩箱模型簡化按照振動篩的實(shí)際結(jié)構(gòu)對大型直線振動篩建立振動篩有限元模型時(shí)需要對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕幚?，這樣不僅能有助于提高工作效率，更能便于簡化分析模型。模型質(zhì)量的高低將會對有限元信息精準(zhǔn)度產(chǎn)生最為重要的影響。相對其他結(jié)構(gòu)而言大型直線振動篩實(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)軟件對其進(jìn)行有限元分析，因此要將其實(shí)體模型簡化，但前提是必須確保有限元分析數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)較大誤差，在建模時(shí)必須對忽略部分細(xì)節(jié)特性與和工藝結(jié)構(gòu)。在建立直線振動篩有限元模型的過程中應(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篩得產(chǎn)生的激振力是按照對稱模式而組織的，其結(jié)構(gòu)組織亦是如此。對于此類振動篩而言，其產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變亦是對稱而成。所以在對有限元進(jìn)行研究時(shí)可通過振動篩模型的二分之一、 四分之一或八分之一進(jìn)行計(jì)算。但是這種模型的簡化不適用于對振動篩的動力學(xué)分析當(dāng)中，僅僅適用于靜力分析。因?yàn)樵趧恿W(xué)分析過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的。若是選擇平面對稱模型往往會導(dǎo)致信息不精準(zhǔn)。此次研究課題與諧響應(yīng)相關(guān)，所以會通過整體模型展開對直線振動篩的研究。2）二次隔振系統(tǒng)在建立振動篩模型時(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)來減少機(jī)體對基礎(chǔ)的沖擊力作用，結(jié)合二次隔振系統(tǒng)對篩箱應(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