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振动筛分机在工作过程中能够承受的最大激振力

据有限元分析和实验模态分析的结果及参数灵敏度特性,对大型振动筛分机的结构进行修改后,设计出振动筛分机的模型结构。结构改进后的振动筛分机第七阶固有频率从14.05Hz变为16.09Hz,离工作频率12.17Hz较远,从而可避免工作时发生共振,降低筛体疲劳强度,延长工作寿命。固有振型为筛体出料端及中部横向摆动弯曲,最大变形由4.25mm变为0.55mm,可见在进料端增加支撑筋板、侧板内侧增加附板可以增加侧板的刚度。第8阶模态频率由16.12Hz变为18.07Hz,固有振型为筛体前后错动与横向弯曲,最大变形为0.75mm。因此,要提高筛体的结构稳定性,必须加强振动筛分机的扭转刚度和出料端横梁的刚度。通过在振动筛分机出料板下方增加支撑筋板,增加了出料端结构刚度,提高了筛体弯曲、扭转变形的固有频率。

    动应力分析结果表明,经过结构改进后的振动筛分机,其主要部位如加强梁、承重梁、超静定网梁结构和侧板的动应力及变形都比较小,最大横向摆动位移由0.43mm变为0.03mm,最大动应力由21.50MPa变为11.80MPa;筛体中后部摆动弯曲、前后错动与横向弯曲、进料端下横梁上下弯曲扭动变形也明显改善。两激振梁与侧板连接部位的应力集中现象完全消除。整体结构刚度和强度较高,大大提高了筛体的稳定性和可靠性,结构设计合理可靠。

    振动筛分机在工作过程中,不仅承受较大的激振力,侧板和横梁还分布着很大的惯性力。筛体做刚体运动的同时也在做弹性变形运动,筛体的弹性振动使得侧板产生较大的动应力,容易形成疲劳裂纹从而导致振动筛分机侧板的损坏。对大型振动筛分机进行动力学优化的目的是保证振动筛分机有较高的抗疲劳强度和较长的工作寿命,因此需要设计合理的筛体结构,使其有足够的刚度,保证振动筛分机的弹性振动模态频率远离激振器的工作频率,同时降低振动过程中的动应力。

    要提高振动筛分机侧板的可靠性,行之有效的办法是解决侧板振动过程中应力过高的问题。机械机构中加筋板是控制基体结构应力水平的一种常见而有效方法,但筋板的结构尺寸及其在基体材料上的布置问题一直是侧板结构设计的一个难点问题。加强筋的位置、尺寸及厚度一般都是根据工程技术人员的经验设计的,缺乏理论依据。对振动筛分机结构强度的研究也只作静强度计算与分析,未考虑动态特性的影响,筛体结构在可靠性方面与国际先进水平相比差距较大。对于振动筛分机的优化分析,大多是从工艺参数,如筛面长度、倾角,筛孔尺寸,抛掷指数方面进行研究,对于结构的位置、形状优化方面的文献研究较少。

    为了解决大型振动筛分机工作过程中侧板动应力过高易损坏的问题,有必要研究筛体侧板加强筋的结构尺寸及位置布置。本章首先研究了基于多频约束的加强筋的结构尺寸优化,给出了适合多频约束求解的优化准则,并且在优化过程中考虑了参数的解析灵敏度特性;其次研究了侧板上加强筋的布局优化设计,根据振动筛分机是板梁组合结构的特点,应用增广拉格朗日乘子法对板筋结构进行结构优化。

责任编辑:东源机械

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