超静定网梁结构大型振动筛动态设计研究

         随着煤炭能源需求的增长,煤炭行业迫切需要处理能力大的振动筛进行筛分作业,同时筛分机械大型化可以减少振动筛的数量,降低设备费用,带来较好的经济效益。但是振动筛的大型化将引起筛体结构强度和刚度不足,严重影响振动筛的使用寿命。目前静强度加运动学分析的传统设计,大多是采用经验数据和安全系数的设计计算方法,不能准确揭示出结构内部动态应力分布状况,因此不能保证产品结构的设计合理性,直接影响产品的使用性能与寿命。所以研究和制造大型振动筛,提升设计水平,提高振动筛的运行可靠性已成为一项重要的研究课题。

        本论文以新设计的超静定网梁结构大型振动筛为研究对象,利用有限元分析法和先进的振动测试手段,将动态设计法应用于大型振动筛的设计中,提高了振动筛的可靠性。根据等厚筛分原理,提出了3种筛分效率较高的新型筛分结构。运用机械系统动力学原理建立了前2种振动筛结构较准确的动力学方程;应用多自由度系统振动理论,对振动筛进行了运动分析,计算了筛面上特殊点的振幅、运动速度、抛掷指数等工艺参数,研究了各自的筛分特性;分析了香蕉筛的结构特点和筛分特性,指出了3中筛分结构各自的适用范围。对超静定结构的特性和该结构应用于振动筛设计的可行性进行了分析,大型振动筛设计中,在香蕉筛基础上,采用了由管群通过跨中的静定板与两根激振器梁的耦联构成的超静定网梁结构。给出了振动筛的主要技术参数,确定了结构关键部件技术,并对振动筛进行了动力学参数的设计计算。进一步分析了大型超静定网梁结构振动筛的动力学特性,研究了振动筛的结构强度和可靠性。给出了提高有限元模型计算精度及稳定性的方法,建立了合理的振动筛有限元计算模型。对螺栓连接,给出了适合的简化方法。应用有限元分析法对振动筛局部重要结构及整体结构进行了固有特性分析。分析结果为结构的动力学修改提供依据,为实验模态分析的测点布置提供参考。同时运用有限元分析法对振动筛进行动力响应分析,获得了工作频率下整体及局部结构的动应力和动应变。

    分析结果验证了超静定网梁结构的优良特性,为振动筛的结构修改提供参考。同时采用先进的测试手段对振动筛进行了振动测试。通过对实体样机进行模态测试实验,获得了结构的模态参数。实验结果验证了有限元分析的正确性,并用于指导振动筛局部结构的修改和修正有限元计算模型。在以上工作的基础上,应用灵敏度分析法对振动筛结构进行动力学修改。根据拉格朗日乘子构造法则,用实验模态频率和振型构造目标函数对有限元模型进行修正,给出了适用于有限元模型修正的质量矩阵和刚度矩阵。基于有限元分析和实验模态分析的结果,应用特征灵敏度分析法对振动筛的进料端、出料端及侧板结构进行修改,使其动力学参数更加合理,提高了大型振动筛的刚度和结构稳定性。为了解决大型振动筛工作过程中侧板动应力过高易损坏的问题,对振动筛进行了结构优化设计。