大型直线振动筛的疲劳及可靠性分析

论文摘要

直线振动筛是目前应用很广泛的筛分机械之一。由于振动筛在工作过程中,要长期承受交变载荷的作用,其筛箱的侧板、横梁等部件经常容易发生断裂等其他故障,这严重影响了振动筛的无故障运行时间和使用寿命。随着采煤机械化程度的不断提高,对振动筛的要求也越来越高,能够设计、制造出使用寿命更长,可靠性高的大型直线振动筛就成为一项十分重要的研究课题。目前国产大型直线振动筛在使用寿命以及无故障运行时间上相对于国外先进水平还有很大差距。本文以某煤炭研究院研制的27m2大型直线振动筛为研究对象,针对国产振动筛普遍存在的横梁易断裂,使用寿命较短等问题,从动力学和运动学角度出发,通过对其进行动态性能分析,并结合疲劳损伤累积理论应用ANSYS软件中的疲劳分析模块,对直线振动筛进行了疲劳及可靠性分析。首先研究了振动筛的工作原理并对其动力学进行了分析,建立振动筛的力学模型;应用ANSYS软件对振动筛进行建模并划分网格,并以此有限元模型对大型直线振动筛进行静力学、模态分析、谐响应分析以及时间历程响应分析,在此基础上对大型直线振动筛进行了疲劳可靠性分析,对振动筛的危险部位的疲劳寿命进行了估算。此外,本文还对振动筛的模型筛进行了实验模态试验以及动态性能测试试验。最后针对振动筛常出现的故障,从应力和强度的角度出发对其故障进行了分析并提出了改进方案。进而为优化振动筛结构、延长其无故障工作时间以及给振动筛的安装、使用维护等提供了参考意见。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 ANSYS 简介
• 1.3.1 ANSYS 的组成
• 1.3.2 ANSYS 的功能介绍
• 1.4 本课题的主要内容及研究方案
• 2 振动筛的疲劳及可靠性的基本理论
• 2.1 疲劳的基本概念
• 2.1.1 疲劳定义
• 2.1.2 疲劳的分类
• 2.2 疲劳寿命的分析方法
• 2.2.1 局部应变法
• 2.2.2 名义应力法
• 2.2.3 局部应力应变法
• 2.2.4 S-N 曲线
• 2.2.5 影响S-N 的因素
• 2.3 疲劳累积损伤理论
• 2.4 直线振动的筛疲劳寿命分析
• 2.4.1 振动筛疲劳寿命分析原理
• 2.4.2 ANSYS 疲劳分析步骤
• 2.5 疲劳可靠性概述
• 2.6 本章小节
• 3 大型直线振动筛工作原理及相关参数计算
• 3.1 直线振动筛的工作原理
• 3.1.1 大型直线振动筛的主要结构
• 3.1.2 直线振动筛的工作原理
• 3.2 大型直线振动筛的激振力分析
• 3.3 大型直线振动筛力学模型的建立
• 3.3.1 强迫振动概述
• 3.3.2 力学模型
• 3.4 振动筛系统的振动方程
• 3.5 振动筛的设计参数
• 3.5.1 振动筛参振质量
• 3.5.2 筛箱重心计算以及激振器的位置
• 3.5.3 筛箱振幅
• 3.5.4 筛箱振动时的运动参数
• 3.5.5 弹簧刚度
• 3.6 本章小结
• 4 有限元模型的建立及其模态分析
• 4.1 有限元分析理论
• 4.1.1 结构离散和单元类型的选取
• 4.1.2 单元的位移模式
• 4.1.3 总体矩阵集成
• 4.1.4 固有特性分析
• 4.1.5 响应分析
• 4.2 建立有限元模型
• 4.2.1 材料属性
• 4.2.2 振动筛各构件的处理
• 4.2.3 单元的选取
• 4.2.4 前处理
• 4.3 振动筛的理论模态分析
• 4.4 振动筛的实验模态分析
• 4.4.1 模型筛
• 4.4.2 实验模态分析流程
• 4.4.3 模态实验的操作步骤及结果分析
• 4.4.4 实验结果的比较
• 4.5 本章小结
• 5 直线振动筛的疲劳分析
• 5.1 振动筛的应力分析
• 5.1.1 直线振动筛的静力分析
• 5.1.2 直线振动筛的谐响应分析
• 5.1.3 振动筛的动态应变测试试验
• 5.2 振动筛的瞬态动力学分析
• 5.2.1 瞬态动力学分析的理论基础
• 5.2.2 ANSYS 分析结果
• 5.3 材料的疲劳属性
• 5.4 利用ANSYS 疲劳分析模块计算疲劳寿命
• 5.4.1 进行疲劳设置
• 5.4.2 结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 直线振动筛的可靠性分析
• 6.1 机械可靠性设计与安全设计的区别
• 6.1.1 安全系数法
• 6.1.2 机械可靠性及设计法
• 6.2 振动筛的可靠性指标
• 6.2.1 可靠性指标及其指标体系
• 6.2.2 振动筛的可靠性指标
• 6.3 振动筛的故障分析及改进方案
• 6.3.1 动态设计法
• 6.3.2 振动筛易出现的故障及改进
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录