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    实验分析矿用振动筛的强度及其寿命估算

    《实验分析矿用振动筛的强度及其寿命估算》

     [摘 要] 随着社会的发展,经济的进步,我国煤炭业获得了长足的发展,煤矿业的发展离不开矿山设备,因此,对矿山设备的要求也越来越高,振动筛作为煤矿、矿山等工业部门筛分物料不可或缺的设备,对煤矿、矿山的开发具有重要的意义。基于此,本文就对实验分析矿用振动筛的强度和寿命估算等进行分析和探究,希望可以为相关人员提供一些借鉴经验,以促进矿山、煤矿等行业的健康发展。
     

      振动筛作为煤矿、矿山设备,一般在高频振动状态下工作,振动筛受到物料的冲击力、重力、物料腐蚀及激振器交变激振力等作用,这就必然增加振动筛在实际工作中产生问题的可能性,像横梁疲劳损坏、筛框失效破坏等,一旦出现问题就会给生产带来不必要的损失,因此,本文通过实验分析和探究矿用振动筛的强度,探索强度规律,并对振动筛的寿命进行估算,以供相关人士参考。


       1 对振动筛的强度进行探究


       1.1 对强度仿真进行分析
       在Pro/E中建模后,以IGS格式保存,导入ANSYS后,并进行分析。分析静力,采用刚性连接。将激振力导入模型后加入四组弹簧单元COMBIN40,该模型由图一表示,观察ANSYS中网格划分、激振力加载,由图二表示。

       在ANSYS中,x是沿振动筛长度方向,y是竖直方向,z是垂直于筛板的方向。通过实验可以看出:振动筛受力比较集中的地方是连接振动筛两侧板上,最大点:9.2MPa,剩余部分受力较均匀,未见突然变形的部位。在实际测量中,只需测量x和y方向的力,z方向的受力过小,介于-1.9至1.2MPa之间。

    ANSYS模型ANSYS中网格划分
、激振力加载

       1.2 强度试验
       1.2.1对实验进行严格的设计
       为了测得应变值,就要在振动筛上粘贴应变片,由于数据采集仪信号灵敏度欠佳,不增强信号就会影响数据的采集,因此,在进行实际测量时,连接应变仪和数据采集仪,有助于增强应变仪的信号,这个过程需要计算机、数据采集仪、应变仪、数据线、应变片等共同的作用。应变片粘贴的位置如图三所示,1、2贴片在左右加强板上分别对称布置,3、4、5贴片分布在筛箱侧板,6贴片分布在减振弹簧后的侧面板上(进料口),7、8贴片分别位于减振弹簧左侧板上(出料口)、进料口梁,9贴片在第一根圆梁上(进料口),10贴片在中间最上面的方梁上。通过对应力理论数据及测试数据的比较可知,仿真值小于实际测量的应力值,存在误差,所以,ANSYS模型基本满足实际情况的要求,可以此为依据,进行分析和研究,空载常温工作时筛体的最大应力值为11.81MPa。

    振动筛应变片的分布位置

    图三 振动筛应变片的分布位置

      1.2.2分析及实验结果
      通过仪器测得的应变动态位移曲线图可知,1点 x方向的峰值是12um,5um为有效值,1点y方向的峰值是94.5um,56um为有效值。


      2 对振动筛疲劳的寿命估算进行分析


      2.1 影响疲劳强度的各种系数


      2.1.1对应力集中系数进行分析
      应力集中即受力物体在形状突然改变的地方出现局部增大现象。应力集中系数(KT) 表示应力集中严重程度,相关公式为:KT=σmaxσ01)其中,σmax表示最大局部弹性应力,σ0则表示名义应力;名义应力即净面积应力和毛面积应力。
      2.1.2分析尺寸系数和表面状态系数
      振动筛疲劳效应形成的原因是应力梯度,若是纯粹的尺寸系数,影响不大,可忽略尺寸系数的影响,尺寸系数ε=1;表面加工粗糙度、表层应力状态和表层组织结构等组成表面状态,表层应力状态及表层组织结构对疲劳强度的影响不大,表面状态的影响以表面加工粗糙度为主,故表面状态系数β=0.9。
      2.1.3分析疲劳缺口系数
      可用REPeterson公式计算疲劳缺口系数,公式如下:Kf=KT-1α/ρ+1+1 2)其中,α表示材料的常数,ρ表示缺口根部半径,所以,KT=Kf。
      2.2 结构应力的修正
      结合疲劳强度的影响系数,将应力结构按照公式3) 进行修改:Sb=εβCLSKf3)S、Sb分别是修正前后的应力,得出幂函数公式:SaN=c(待定常数) 4)其中,N=cεβCLS/Kfa5)公式5) 是修正公式。

      2.3 疲劳寿命计算
    累积损伤对疲劳寿命非常重要,也是研究者研究的重点内容,现阶段,已经提出很多理论,但运用的较少,其中,Miner法则及修正Miner法则等,通过相应的研究,依然认为修正Miner法则最佳,零件疲劳寿命公式:N=bki = 1Σn0ikl = 1Σn0iNi6)其中,b等于0.7,应力水平等级用k表示,第i级应力水平疲劳寿命为Ni,运行中第i级应力水平循环次数用n0i表示。

      2.4 对各个影响系数进行计算

      2.4.1对应力集中系数进行计算
    以有限元法为依据进行计算,并采用有限软件,得到应力分布、集中、积分结果,计算可得:σ0(钢板名义应力) =L乙σdLL=11.809MPa其中,L乙dσL代表应力沿路径积分值,并通过1) 计算得出应力集中系数公式:KT=σmaxσ0=1.69
      2.4.2疲劳缺口系数计算
    通过KT=Kf和Sb=εβCLSKf计算疲劳缺口系数:Kf=KT=KT-1α/ρ+1+1=1.692.4.3修正S-N曲线计算
    通过修正公式5) S
    b=εβCLSKf,可得:N=cS/KfεβCL! "a计算可得:N=c!0.4 53S"a
      2.4.4振动筛寿命计算
    根据零件疲劳寿命公式6) 及1点合力直方图计算,可得:N=108.5753600×24×30×12最终结果为N=11.689a,若设计寿命是10年,通过计算得出市场反馈平均寿命是11.863年,存在一定误差,误差在1.46%,由此可见,预测方法具有可行性。


      3 结语
    通过相关计算和分析,得出振动筛的分布状况,并证明振动筛在ANSYS中的模型具有可行性,接着对振动筛疲劳寿命的估算进行重点分析,获得振动筛寿命计算公式,并证明此公式误差较小,具有可行性。

     

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