【正文】 是一款高級(jí) CAE 軟件 ,在機(jī)械、土木、電力等行業(yè)應(yīng)用極為廣泛 ,甚至在生物醫(yī)藥、微機(jī)電系統(tǒng)也有涉及。 求解未知節(jié)點(diǎn)位移 根據(jù)邊界條件限制結(jié)構(gòu)的剛體移動(dòng) ,更改總體剛度平衡方程 ,求解方程組中的節(jié)點(diǎn)位移。 分析單元特性 根據(jù)單元的位移模式利用變分原理求解出單元的剛度矩陣和單元應(yīng)力矩陣。在數(shù)學(xué)運(yùn)算中 ,以多項(xiàng)式表示位移模式進(jìn)行計(jì)算可使運(yùn)算較為簡(jiǎn)便。有限元法處理結(jié)構(gòu)問(wèn)題的流程為 : 結(jié)構(gòu)離散化 有限元法分析問(wèn)題時(shí)首先要將模型用適當(dāng)?shù)膯卧x散 ,所謂合適的單元就是選用符合要求的單元類型、根據(jù)結(jié)構(gòu)確定單元大小得到一定數(shù)量的網(wǎng)格。 有限元法是建立在變分原理的基礎(chǔ)之上 ,變分原理又包括最小勢(shì)能原理 (采用最小勢(shì)能原理時(shí) ,未知量選取單元位移 ,稱為位移法 )、最小余能原理 (需要假設(shè)應(yīng)力場(chǎng)形式 ,稱為應(yīng)力法 )、混合變分原理 (要假設(shè)位移和應(yīng)力 ,稱為混合法 )。在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)快速發(fā)展的今天 ,通過(guò)有限元法以及有限元分析軟件使彈性力學(xué)有了通用求解的途徑。 有限元法基本理論 有限元法是一門(mén)交叉理論的邊緣學(xué)科 ,結(jié)合了現(xiàn) 代力學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)等相關(guān)理論。首先 ,通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析才能判斷振動(dòng)機(jī)械的設(shè)計(jì)參數(shù)是否合理 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 共 29 頁(yè) 3 直線振動(dòng)篩有限元模型的建立 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題有限元法 機(jī)械進(jìn)行動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì) ,是為了使機(jī)械投入生產(chǎn)后能夠滿足工藝指標(biāo)和工作壽命的要求 ,在理想的狀態(tài)下工作。 （ 1）流量法 Q=3600Bhvy 式中： B— 篩面寬度； h— 篩面上的物料層厚度； v— 物料運(yùn)行平均速度； y— 物料松散密度； （ 2）平均法 Q=Fq 式中： F— 篩面的有效面積； q— 振動(dòng)篩單位面積的處理量。經(jīng)驗(yàn)規(guī)定 ,一般篩箱的加速度不要超過(guò) 70~85m/s2。振動(dòng)篩在工作時(shí)需要足夠的加速度才能使物料在篩面上拋起 ,這就要求振動(dòng)篩要有足夠的振幅和振次。振動(dòng)篩篩箱運(yùn)動(dòng)的速度和加速度的大小與振幅和頻率有直接關(guān)系。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 29 頁(yè) 振幅和頻率 振幅值是指振動(dòng)篩工作行程的一半 ,頻率是篩箱每分鐘振動(dòng)的次數(shù)。 ~65176。 振動(dòng)方向角 振動(dòng)方向角是直線振動(dòng)篩的重要參數(shù)之一 ,是篩箱運(yùn)動(dòng)方向與篩面的夾角 ,也是篩面上物料的拋射角。所以水平安裝的振動(dòng)篩一般用于中小粒度的篩分以及煤的脫水、脫介上。由于直線振動(dòng)蹄篩面是水平的 ,所以篩孔很容易被物料顆粒堵塞 ,為防止蹄孔堵塞 ,應(yīng)使蹄面運(yùn)動(dòng)的速度大于某個(gè)臨界值 ,但又不能超過(guò)一定的范圍。篩面傾角小時(shí) ,物料移動(dòng)的較慢 ,生產(chǎn)量低 ,但篩分效率高。振動(dòng)篩做中速拋擲時(shí)篩分效率和產(chǎn)量都很高并且對(duì)振動(dòng)篩機(jī)體的性能 (如強(qiáng)度和剛度 )要求也不高。拋擲指數(shù)Kv 的選取受被篩分物料的性質(zhì)的影響 ,對(duì)于難篩分物料 ,可以采用高速拋擲 ,直線振動(dòng)篩 — 般取 ~。 圖 直線振動(dòng)篩工作原理 直線振動(dòng)篩技術(shù)參數(shù)的選擇 振動(dòng)篩的工藝參數(shù)直接影響著振動(dòng)篩的工藝效果 ,這些參數(shù)包括篩面傾角、振動(dòng)篩頻率、振幅、拋射角等結(jié)構(gòu)參數(shù)。每一瞬時(shí) ,兩軸上的離心力分解到 x 和 y 方向 ,沿XX 方向的離心力分力相互抵消 ,沿 yy 方向的離心力分力相互疊加 ,因此振動(dòng)篩最終受沿yy 方向的簡(jiǎn)諧激振力作用 ,驅(qū)動(dòng)篩箱沿 y 方向作往復(fù)式直線運(yùn)動(dòng)。 直線振動(dòng)篩的工作 原理 圖 22 是直線振動(dòng)篩的工作原理圖 ,篩箱座式支撐在橡膠彈簧上 ,激振器兩軸上的偏心塊的質(zhì)徑積均相等且偏心質(zhì)量以等速反向回轉(zhuǎn) ,激振器兩軸以 yy 軸線對(duì)稱布置 , yy 軸線陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 29 頁(yè) 通過(guò)篩箱質(zhì)心且與水平方向成 45176。這些部件的疲勞斷裂的誘發(fā)原因大體如下：應(yīng)力過(guò)大、應(yīng)力集中、橫梁材料的缺陷、結(jié)構(gòu)形式的不合理、斷面形狀及尺寸的不合理等。 圖 直線振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)圖 在振動(dòng)篩的各種零部件當(dāng)中，篩箱是最重要的部件之一。本文所討論的 ZK1230 型直線振動(dòng)蹄主要由激振 器、篩箱、電機(jī)、傳動(dòng)裝置、支撐裝置等組成。 本章小結(jié) 本章從國(guó)內(nèi)外篩分技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r出發(fā) ,介紹了篩分作業(yè)的方式以及篩分機(jī)械的種類和特點(diǎn) ,提出了課題研究的背景和意義 ,重點(diǎn)闡述了本論文的主要研究?jī)?nèi)容及研究方案。 根據(jù)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果 ,找出篩箱的薄弱環(huán)節(jié) ,檢査振動(dòng)篩是否存在位移過(guò)大或應(yīng)力集中的部位 ,并結(jié)合大多數(shù)直線振動(dòng)篩普遍存在的質(zhì)心選擇不當(dāng)?shù)膯?wèn)題 ,采用計(jì)算機(jī)輔助橫梁直線可行域法調(diào)整篩箱質(zhì)心 ,對(duì)篩箱結(jié)構(gòu)作出改進(jìn) ,從整體上優(yōu)化篩箱結(jié)構(gòu)。首先進(jìn)行模態(tài)分析 ,獲取篩箱的前 15 階固有頻陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 29 頁(yè) 率和振型 ,分析振動(dòng)篩在工作過(guò)程中是否發(fā)生共振。 結(jié)合工程圖紙以及振動(dòng)篩的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ,在三維建模軟件 proe 中建立 ZK1230 型直線振動(dòng)篩篩箱的實(shí)體模型 ,并對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化 ,忽略次要因素 ,然后導(dǎo)入 Ansys 中 ,劃分網(wǎng)格后建立篩箱的有限元模型。 課題研究的內(nèi)容及方案 本文以某礦山機(jī)械有限公司的 ZK1230 型直線振動(dòng)篩為研究對(duì)象 ,從工程實(shí)際出發(fā) ,在分析直線振動(dòng)篩的篩分原理以及計(jì)算動(dòng)力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上 ,利用有限元分析軟件 Ansys 對(duì)ZK1230 型直線振動(dòng)篩的篩箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析 ,并且通過(guò)動(dòng)態(tài)分析結(jié)果 ,對(duì)篩箱進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化 ,包括篩箱質(zhì)心調(diào)整優(yōu)化 ,提出了調(diào)節(jié)質(zhì)心的新方法 ,得到了具有一定參考價(jià)值的優(yōu)化結(jié)果。 （ 7）慣性振動(dòng)篩迅速發(fā)展，這是由于慣性振動(dòng)篩性能好，結(jié)構(gòu)和維護(hù)工作簡(jiǎn)單，目前發(fā)展非常迅速。 （ 5）采用波浪式篩面，主要是為了防止篩孔在篩分難篩物料和水分大的物料時(shí)的 堵塞，國(guó)外一些選煤廠采用此類篩子洗選煤。 （ 4）振動(dòng)篩朝著標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化方向發(fā)展，這是便于設(shè)計(jì)，組織專業(yè)化生產(chǎn)、保證質(zhì)量和降低成本的重要途徑。等厚篩分法與普通篩分法最大的區(qū)別在于不管入料中小于篩孔的顆粒有多少，物粒層的厚度都是保持不變或遞增的；普通篩分法則恰恰相反。為了加大激振力，西德公司將四個(gè)激振器并聯(lián)安裝于激振器大梁上，篩體采用耐疲勞、耐腐蝕能力強(qiáng)的材料制成。西德篩子技術(shù)公司，為了提高篩子的處理量，將篩面的面積擴(kuò)大到 50 ，寬 。近幾十年來(lái)，以西德為首的許多國(guó)家都在設(shè)計(jì)、研制大型振動(dòng)篩。 振動(dòng)篩發(fā)展方向 振動(dòng)篩在工程中的應(yīng)用非常廣泛，在促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中也起著絕對(duì)重要的作用。我國(guó)篩分設(shè)備的工程技術(shù)人員不斷深入研究新的篩分理論和技術(shù) ,積極探索新型材料和工藝 ,并且對(duì)篩網(wǎng)和軸承等一些特殊部件重 點(diǎn)進(jìn)行研究 ,篩網(wǎng)正積極探索聚氨酯篩網(wǎng)和橡膠篩網(wǎng)等 ,支撐原件正在開(kāi)發(fā)復(fù)合彈簧和橡膠彈簧。 1986 年 ,由于當(dāng)時(shí)日本神戶制鋼所振動(dòng)篩制造技術(shù)較為先進(jìn) ,其中以 HLW 型振動(dòng)篩為代表 ,我國(guó)組織學(xué)習(xí)并引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)?；谝陨系难邪l(fā)成果 ,專家設(shè)計(jì)人員又進(jìn)行了 FQ1224 復(fù)合振動(dòng)篩、 2ZKB2163 直線振動(dòng)篩以及 2YK2145. YK1545 圓振動(dòng)篩、YH1836 重型振動(dòng)篩的研制 ,研發(fā)過(guò)程引用了自同步理論和塊偏心式激振器等先進(jìn)的技術(shù) ,并于 1980 年投產(chǎn)制造 ,而且應(yīng)用也很廣泛 ,這些技術(shù)成果是我國(guó)篩分機(jī)械研發(fā)道路上的里程碑 ,我國(guó)也從此邁上了自主研制的大道 。為了形成國(guó)產(chǎn)型號(hào) ,我國(guó)對(duì)引進(jìn)的篩機(jī)作了測(cè)繪仿制 ,并以當(dāng)時(shí)全國(guó)的幾個(gè)主要生產(chǎn)制造單位如上海冶金礦山機(jī)械廠等為主不斷的進(jìn)行探索研究 ,成功開(kāi)發(fā)出了國(guó)產(chǎn)型號(hào)篩機(jī) ,這一舉措表明國(guó)產(chǎn)型號(hào)篩機(jī)初見(jiàn)雛形 ,這些型號(hào)主要包括 SSZ 直線振動(dòng)篩、 SZ 慣性篩和 SZZ 自定中心篩。自建國(guó)的 50 多年來(lái) ,我國(guó)篩分設(shè)備主要經(jīng)歷了以下四個(gè)發(fā)展歷程 設(shè)備進(jìn)口階段 解放以前 ,大部分的選煤和礦山工程都是 通過(guò)人力完成 ,僅有的少數(shù)固定篩和搖動(dòng)篩都是進(jìn)口而來(lái) ,而且只有在很少的一些企業(yè)才能使用。 德國(guó)的申克公司，生產(chǎn)的振動(dòng)篩不但質(zhì)量過(guò)硬，而且光種類就能提供 260 種篩分設(shè)備；DKR 公司研制和生產(chǎn)出了三路分配給料，一臺(tái)高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)篩； STK 公司生產(chǎn)的篩分設(shè)備也是技術(shù)水平較高、系列品種較全的； KHD 公司則生產(chǎn) 200 多種規(guī)格的篩分設(shè)備，而且通用 化程度都非常高；美國(guó) NRO 公司研制并生產(chǎn)出了采用不同速度激振器的雙頻率振動(dòng)篩； KUP 公司、海因曼公司也都先后研制了雙傾角的篩分設(shè)備；英國(guó)也成功研制出了能從濕原煤中篩出細(xì)粒末煤的旋流概率篩；前蘇聯(lián)也成功研制出了一種自同步直線振動(dòng)篩，它用處非常多而且兼有直線振動(dòng)篩的優(yōu)點(diǎn)。 一些國(guó)外知名企業(yè)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)，生產(chǎn)出了性能優(yōu)良而且適用于各種場(chǎng)合的不同類型的大型振動(dòng)篩，深受國(guó)內(nèi)用戶的歡迎，并且?guī)缀鯄艛嗔藝?guó)內(nèi)大型振動(dòng)篩市場(chǎng)。 在整個(gè)研究過(guò)程中，為了使振動(dòng)篩的應(yīng)力分布趨于均勻從而提高振動(dòng)篩的工作可靠性，延長(zhǎng)振動(dòng)篩的使用壽命，必須要降低振動(dòng)篩應(yīng)力水平，消除工作過(guò)程中的應(yīng)力集中問(wèn)題。 目前國(guó)產(chǎn)大型直線振動(dòng)篩的使用壽命和無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間都是比較短的，這相對(duì)于國(guó)外先進(jìn)水平還有一定的差距。所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，振動(dòng)篩通常是因?yàn)槠趶?qiáng)度不夠、可靠性差等問(wèn)題，經(jīng)常出現(xiàn)激振器大梁和底梁的斷裂，側(cè)板開(kāi)裂等事故。 其中一些篩分機(jī)械主要是用于對(duì)粗煤、精煤和末煤進(jìn)行分級(jí)、脫水和脫介的，如圓振動(dòng)篩、概率篩、等厚篩、和直線振動(dòng)篩等都在煤炭工業(yè)部門(mén)中應(yīng)用的非常廣泛；也有些篩分機(jī)械主要用對(duì)礦石進(jìn)行預(yù)先篩分和檢查篩分的圓振動(dòng)以 及對(duì)焦炭進(jìn)行篩分的直線振動(dòng)篩在冶金工業(yè)部門(mén)廣泛應(yīng)用，其中燒結(jié)廠所采用的熱礦篩和冷礦篩主要是利用了直線運(yùn)動(dòng)軌跡和二次隔振原理進(jìn)行篩分；還有些主要是針對(duì)在水利電力部門(mén)，水利電站的建設(shè)工作中對(duì)砂石進(jìn)行分級(jí)、清沙和除泥所需要的各種大型篩機(jī)，火電站用于對(duì)煤炭進(jìn)行處理的圓振動(dòng)篩、等厚篩或直線篩；馳張篩和水煤篩則是對(duì)垃圾進(jìn)行處理的篩機(jī)，主要應(yīng)用于環(huán)衛(wèi)部門(mén)；振網(wǎng)篩和化肥篩則是對(duì)化工原料和產(chǎn)品進(jìn)行篩分的，主要應(yīng)用于化工部門(mén)。 本章小結(jié) ......................................