煤炭是中國(guó)的基礎(chǔ)能源和重要原料,煤炭工業(yè)是關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈和能源安全的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。選煤是煤炭清潔與高效利用最為經(jīng)濟(jì)有效的辦法,振動(dòng)篩分設(shè)備是原煤分級(jí)、脫水、脫泥、脫介的主要篩分設(shè)備之一。但是目前煤炭開(kāi)采普遍采用綜采技術(shù),煤的破碎程度高,且由于采用水力采煤、井下噴水防塵等措施,最終導(dǎo)致原煤中細(xì)粒級(jí)煤巖石組分和水分含量增加。選用普通直線振動(dòng)篩對(duì)這類潮濕細(xì)粒煤進(jìn)行干法篩分時(shí),篩面糊孔、堵孔現(xiàn)象嚴(yán)重,篩分效率顯著降低。近年來(lái),在潮濕細(xì)粒煤深度篩分方面,弛張篩以其篩分效率高、處理能力大、不易堵塞等特點(diǎn)存在相對(duì)優(yōu)勢(shì),具有廣泛的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。但是現(xiàn)有弛張篩多采用靜定結(jié)構(gòu),在激振力、慣性力及物料沖擊力的聯(lián)合作用下,穩(wěn)定性降低,極易出現(xiàn)剛度以及強(qiáng)度不足,造成篩箱變形、管梁斷裂和側(cè)板開(kāi)裂等問(wèn)題。針對(duì)上述潮濕細(xì)粒物料干法深度篩分過(guò)程中所存在的問(wèn)題,本文將超靜定理論應(yīng)用到弛張篩的結(jié)構(gòu)研發(fā)中,設(shè)計(jì)一種超靜定網(wǎng)梁體激振系統(tǒng)激振的3080圓振動(dòng)弛張篩,并以其為研究對(duì)象,對(duì)其展開(kāi)理論分析、數(shù)值模擬、有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),研究成果如下:建立3080圓振動(dòng)弛張篩力學(xué)模型,基于影響系數(shù)法推導(dǎo)篩箱的三自由度振動(dòng)微分方程,通過(guò)復(fù)數(shù)法求解,確定振動(dòng)系統(tǒng)的幅頻與相頻特性。通過(guò)MATLAB/Simulink動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模仿真,了解弛張篩的時(shí)域特性。最后根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果對(duì)3080圓振動(dòng)弛張篩進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用Mooney-Rivilin模型模擬聚氨酯彈性材料變形時(shí)的力學(xué)特性,確定模型材料常數(shù),為后續(xù)的仿真分析奠定基礎(chǔ)。對(duì)弛張篩聚氨酯篩面克服堵孔和篩面糊粘問(wèn)題展開(kāi)機(jī)理分析,然后建立聚氨酯篩面的彈性壓桿力學(xué)模型,通過(guò)理論推導(dǎo)計(jì)算,確定聚氨酯篩面不同位置的位移、速度和加速度。最后采用有限元分析方法并對(duì)篩面進(jìn)行仿真分析,確定篩面在工作過(guò)程中的應(yīng)力及變形情況。建立3080圓振動(dòng)弛張篩有限元分析模型,ANSYS Workbench軟件對(duì)其進(jìn)行有限元分析。通過(guò)模態(tài)分析,獲得結(jié)構(gòu)的前十六階固有頻率,通過(guò)分析確定在工作頻率14.1Hz下,篩箱結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生共振,避免共振對(duì)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的危害。通過(guò)對(duì)總篩箱和側(cè)板、超靜定網(wǎng)梁體結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵零部件進(jìn)行諧響應(yīng)分析,了解變形及應(yīng)力分布情況,為3080圓振動(dòng)弛張篩結(jié)構(gòu)的后續(xù)優(yōu)化改進(jìn)奠定基礎(chǔ)。最后按照結(jié)構(gòu)相似理論制造樣機(jī),對(duì)樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)測(cè)試,驗(yàn)證理論計(jì)算與仿真結(jié)果的正確性。根據(jù)工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論,建立3080圓振動(dòng)弛張篩支承梁位置優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型,在線性靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上,利用ANSYS Workbench的Design Exploration快速優(yōu)化工具箱對(duì)4根支承梁在篩箱上的位置進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)求解分析確定支承梁優(yōu)化的核心設(shè)計(jì)變量和最優(yōu)方案,該方案較好改善了3080圓振動(dòng)弛張篩篩箱結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布情況。
【學(xué)位單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TD452
【部分圖文】：

碩士學(xué)位論文率極低，加之水力采煤、井下噴水防塵等措施的采用，最終導(dǎo)致原煤中細(xì)粒級(jí)煤巖石組分和水分含量增加。當(dāng)水分較高且矸石泥化時(shí)，煤易粘結(jié)成團(tuán)[7, 8]。我國(guó)大部分選煤廠目前選用的普通直線振動(dòng)篩，在對(duì)潮濕細(xì)粒煤進(jìn)行干法篩分時(shí)，篩面糊孔、堵孔現(xiàn)象嚴(yán)重（如圖 1-1 所示），篩分效率顯著降低，影響了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益[7, 8]。

在篩面上做彈跳運(yùn)動(dòng)，從而避免顆粒在篩面上滯留于粘附，較好的解決了潮濕細(xì)粒原煤深度篩分的難題，如圖1-2 所示[13]。圖 1-2 弛張彈跳原理Figure 1-2 Relaxation bounce principle弛張篩從出現(xiàn)發(fā)展到現(xiàn)在大致經(jīng)歷了以下三個(gè)代表性階段[14-17]：第一代是A.Wehner研制的UMBRA篩,用于小分離粒度篩分,采用篩面配合兩個(gè)相容安裝的篩箱,開(kāi)創(chuàng)了全新的形成篩面板振動(dòng)的所謂雙路篩分的新方法。但最初的UMBRA篩篩面價(jià)格昂貴,物料運(yùn)輸速度低,篩分處理能力小,經(jīng)普通篩面替代片條篩面的改進(jìn),形成 UMBRAX 篩,使雙路篩分原取得了大的突破,成倍地提高了拋擲加速度,但驅(qū)動(dòng)裝置損耗較高。第二代弛張篩 Hein，Lehman 公司于 1967 年推出的 TORWELL 型弛張篩，該型弛張篩基于 A.Wehner 的發(fā)明專利。它采用橡膠、塑料篩面、電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶輪減速,由偏心軸傳動(dòng)頭將運(yùn)動(dòng)傳給連桿，篩面兩側(cè)擺動(dòng)桿與上部連桿交錯(cuò)布置，從而形成兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)系統(tǒng)，但其橫梁運(yùn)動(dòng)形式只能在小型篩分機(jī)上使用，不能設(shè)多層篩面，而且傳動(dòng)系統(tǒng)使用大量軸承，可靠性能較差。第三代弛張篩產(chǎn)生于上世紀(jì)八十年代，主要包括德國(guó) Liwell 弛張篩、前蘇聯(lián)的 Г3ЛП 型弛張篩以及奧地利 Binder＆Co.公司的 BIVITEC 弛張篩。Liwell弛張篩（如圖 1-3 所示）是在 TORWELL 型弛張篩基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)。該類型弛張篩包括內(nèi)、外兩個(gè)獨(dú)立篩框通過(guò)十字梁交叉連接，可變形的篩面被固定在十字梁上。連接部分采用了導(dǎo)向板簧和橡膠彈簧等原件安裝到支架上，電機(jī)帶動(dòng)前置于篩機(jī)的曲柄軸驅(qū)動(dòng)篩框，使內(nèi)外篩框產(chǎn)生方向相反的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使弛張篩面

碩士學(xué)位論文做交替的張緊和松弛運(yùn)動(dòng)[18, 19]。Г3ЛП 型弛張篩（如圖 1-4 所示）是上、下兩個(gè)篩箱通過(guò)懸掛連桿連接而成，整個(gè)篩機(jī)由懸掛彈簧懸掛，由電機(jī)帶動(dòng)下篩箱做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)篩面的弛張運(yùn)動(dòng)，它的上、下兩個(gè)篩箱通過(guò)懸掛連桿連接而成，整個(gè)篩機(jī)由懸掛彈簧懸掛，由電機(jī)帶動(dòng)下篩箱做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)篩面的弛張運(yùn)動(dòng)[20]。BIVITEC 弛張篩（如圖 1-5 所示）是奧地利 Binder＆Co.公司 20 世紀(jì)80 年代初研發(fā)的產(chǎn)品，這種弛張篩實(shí)質(zhì)是傳統(tǒng)的圓振動(dòng)篩與直線振動(dòng)篩的結(jié)合，工作原理為單一驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生雙重振動(dòng)，即通過(guò)共振，由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器提供兩個(gè)振動(dòng)，基本的振動(dòng)是偏心塊旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的圓形振動(dòng)，附加的振動(dòng)是由浮動(dòng)篩框產(chǎn)生的橢圓形振動(dòng)。彈性聚氨酯篩面的兩端分別安裝在浮動(dòng)篩框上的固定橫梁和浮動(dòng)橫梁上在篩分過(guò)程中，聚氨酯篩面連續(xù)不斷的擴(kuò)張、收縮，從而獲得很高的振動(dòng)強(qiáng)度，有效防止了篩孔堵塞[21, 22]。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2835741