ZKB型直线振动筛的应用及优化研究

2022-09-12

引言

随着选煤技术的不断发展，振动筛已成为选煤中不可缺少的设备。随着我国煤炭工业的发展和进步，对振动筛的需求越来越大。为了满足生产需要，提高振动筛的使用寿命，通常会利用ansys软件对振动筛图像进行处理，调整振动筛的固有频率，保证振动筛的安全运行。从动态仿真和统计的角度分析ZKB型直线振动筛的工作可靠性，通过数值模拟和结构优化分析提出了对应的结构优化策略。

1. 者述

直线振动筛主要由筛箱、筛框、筛网、振动电机、电机座、阻尼弹簧、支架等组成。

(1)筛箱：由多种不同厚度的钢板焊接而成，具有一定的强度和刚度，是筛分机的主要部件;

(2)筛框：采用木材制成，主要用于保持筛面平整，达到正常筛分的目的;

(3)筛网：可分为低碳钢、黄铜、青铜、不锈钢丝等;

(4)振动电机：转子轴两端各安装一组可调偏心块，利用轴及偏心块高速旋转产生的离心力得到激振力;

(5)电机座：安装振动电机，使用前拧紧连接螺钉，新筛机使用前三天必须反复拧紧，避免因松动造成事故;

(6)阻尼弹簧：防止振动传递到地面，支撑筛箱的全部重量，安装期间弹簧必须垂直于地面;

(7)支架：由4根立柱和2根槽钢组成，安装时柱子必须与地面垂直，两根柱子下的槽钢应相互平行。

2. 振动筛的有限元建模

筛框一般采用松木材料制成，这是因为松木不易变形。筛框安装在电机座上，避免了前面螺纹连接的事故，尤其是三天前要拟定连接螺丝。筛框是由四个支柱和一个金属支撑箱组成，阻尼弹簧防止振动传递到地面。振动筛是一种理想的干燥剂过滤设备，具有振幅大、振动强度大、频率低、弹性模量大的特点。因此，筛选效率高，截留率高。大型振动筛和大型加工点能满足生产对筛体结构的要求。振动筛采用振动筛法，每个箱框不参与振动运动。考虑附加孔的振动、线性、速度以及模拟计算速度的影响，低碳钢被认为是振动筛网中性能和形式最好的材料。振动筛的结构和有限元建模的设置立体图如下所示：

ZKB型直线振动筛受静力影响，静力学分析是通过对固定载荷情况下结构的效应分析，得出其结果。在实际运转过程中，直线振动筛的受力比较复杂，经过大量资料的查询与考察之后，发现筛机上惯性力和激振力已经远远大于其他的合力。振动和地面支撑点有限，加载变形后的振动屏如图2的所示。

结果表明，最大应力发生在振动筛的运行过程中。如上图2所示横向连接的最大应力68.17MPa，一般情况下，ZKB型直线振动筛应力主要是低于7.57MPa，只有这样才能满足零件和筛网的安全要求。

从图3的ZKB型直线性振动筛位移图可以看出，运动的最大变化是在面板的底部。侧向位移和最大位移的变化发生在侧板和辅助梁之间。最大位移为0.95mm。通过对ZKB型直线振动筛允许结构变量的研究分析，发现应力主要集中在横向，容易使得钢筋连接振动筛在使用中产生疲劳和下垂。

3. ZKB型直线振动筛的设计改进优化

振动筛工作原理：双驱动振动筛，振动角度和反向振动是由于电机反方向偏心锁紧，与正确材料设置的方向重叠而引起的。直线筛运动物料在振动和重力作用下可以穿透物体。振动筛具有振幅大、频率低、表面弹性好等特点。另外，振动筛是筛分干湿物料的理想机械设备，再加上大容量处理可以满足各个领域的生产需求。ZKB线振动在17hz频率处易被反射，具有较强的局部畸变和应力集中，必须进行结构优化。因此，应适当调整共振结构，增厚共振屏蔽的固有频率，通过增加侧壁厚度1mm，对侧壁厚度进行了优化，并进行了数值模拟，得到最佳优化模型。箱体连接处振动筛的工作时间常数和最大应力最大值为52.3MPa，振动筛的应力分布主要低于5.8MPa。为了满足构件的安全要求，振动筛在初始位置时，应力最小，通过模拟确定振动材料的许用应力范围。

ZKB型直线振动筛的最大位移发生在顶部和侧面的耦合中，通过对ZKB型直线振动筛的研究和分析，发现最大位移为0.86mm，与允许的结构变量相似，应力集中主要在横向。钢筋连接与原方法相比，优化后的图像和应力仿真结果表明，68MPa的峰值应力是均匀的。最大位移速率为52MPa，最大位移量降低了0.95mm，并从17.5Hz增加到了19.6Hz。本研究的目的是改善频率与工作频率之间的差距，提高可靠性和实用性。

4. 振动筛结构【数优化与仿真分析

一般的设计方法通常是基于公式、理论和经验，很难同时考虑多种因素。因此，本文采用ansys软件和有限元程序相结合的方法来提高运动参数和耦合效率，延长振动筛使用寿命的经济成本。

(1)结构参数优化

根据实际生产中高生产率、低能耗的基本要求，对设计的基本参数进行优化。介绍了线性设计的条件。与初始振动方向相比，δ角减小，振动方向增大，振幅增大。加工过程中，δ减小，材料前进距离增大，坡度增大，车辆增多。增加筛网材料的强度使其向前移动。同时，振幅的增加和网格的堵塞将大大减少，有利于材料的分层和增加。

(2)可靠性分析与结构强度优化

固有频率，即机械系统的固有振动频率。利用ansys模态分析软件对振动筛的固有频率和振型进行了分析，确定了振动筛的固有频率。振动筛模型由solidworks三维设计软件建立。对于筛框的侧板采用壳单元Shell 99，横梁与加强梁采用梁单元beam 189，偏心轮的质量采用质量单元mass 21。在软件中选择相应材料属性、网络划分和施加载荷，然后借助软件计算的结果判断出ZKPB1825型直线振动筛的阶跃振动模型。利用式：

计算出振动筛的工作频率位13.06hz，相当于每分钟780转，位于第三级和第四级频率之间，相差分别约在100%以上，这样既可以有效规避共振区，从而保障振动筛工作的可靠性。当振动筛处于稳态工作状态时，其会根据时间的变化遵循正弦规律的激振力，通过谐响应分析确定结构随时间遵循正弦规律变化所承受载荷的稳态响应。利用ansys软件对每个32.7kn激振块进行谐响应分析，从而得出振动筛在稳态工作状态下的应力分布情况。定频振动筛可能产生有害应力，或对强度不足的部位产生危害。在主梁、加强梁、伸出梁头与侧板连接处，应力值达到了456MPa，其已经超过振动筛材料的应力值，振动筛材料的强度极限为375-460MPa。因此，该部分借助法兰连接，提升该部分的强度。其余部分的应力均在50.7MPa以下，应力满足强度要求。

5. 结束语

通过对ZKB型直线振动筛的局部优化，避免了振动筛的共振现象。机器固有频率与工作频率之差振动筛的最大应力为52MPa，与优化前相比降低16MPa。与ZKB型直线振动筛最大变形相比，优化结果表明，0.95mm、0.86mm后的最大变形是有效的。过度运动和老化引起的振动屏蔽失效，通过增大横向厚度的固有频率系数，初始频率由17.5hz提高到19.6hz，可以有效提升振动筛工作的可靠性。由此可见，通过改变固有频率可以提高筛网的可靠性和实际运行情况。

摘要：为了解决高应力引起的共振问题，ZKB型直线振动筛已成为煤矿生产中重要组成部分。本文以ZKB直线振动筛为研究对象，对其固有频率和工作受力情况进行了分析。

关键词：ZKB型直线振动筛,问题,应用,优化