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實(shí)驗分析礦用振動(dòng)篩的強度及其壽命估算

《實(shí)驗分析礦用振動(dòng)篩的強度及其壽命估算》

 [摘 要] 隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展,經(jīng)濟的進(jìn)步,我國煤炭業(yè)獲得了長(cháng)足的發(fā)展,煤礦業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)礦山設備,因此,對礦山設備的要求也越來(lái)越高,振動(dòng)篩作為煤礦、礦山等工業(yè)部門(mén)篩分物料不可或缺的設備,對煤礦、礦山的開(kāi)發(fā)具有重要的意義?;诖?,本文就對實(shí)驗分析礦用振動(dòng)篩的強度和壽命估算等進(jìn)行分析和探究,希望可以為相關(guān)人員提供一些借鑒經(jīng)驗,以促進(jìn)礦山、煤礦等行業(yè)的健康發(fā)展。
 

  振動(dòng)篩作為煤礦、礦山設備,一般在高頻振動(dòng)狀態(tài)下工作,振動(dòng)篩受到物料的沖擊力、重力、物料腐蝕及激振器交變激振力等作用,這就必然增加振動(dòng)篩在實(shí)際工作中產(chǎn)生問(wèn)題的可能性,像橫梁疲勞損壞、篩框失效破壞等,一旦出現問(wèn)題就會(huì )給生產(chǎn)帶來(lái)不必要的損失,因此,本文通過(guò)實(shí)驗分析和探究礦用振動(dòng)篩的強度,探索強度規律,并對振動(dòng)篩的壽命進(jìn)行估算,以供相關(guān)人士參考。


   1 對振動(dòng)篩的強度進(jìn)行探究


   1.1 對強度仿真進(jìn)行分析
   在Pro/E中建模后,以IGS格式保存,導入ANSYS后,并進(jìn)行分析。分析靜力,采用剛性連接。將激振力導入模型后加入四組彈簧單元COMBIN40,該模型由圖一表示,觀(guān)察ANSYS中網(wǎng)格劃分、激振力加載,由圖二表示。

   在A(yíng)NSYS中,x是沿振動(dòng)篩長(cháng)度方向,y是豎直方向,z是垂直于篩板的方向。通過(guò)實(shí)驗可以看出:振動(dòng)篩受力比較集中的地方是連接振動(dòng)篩兩側板上,最大點(diǎn):9.2MPa,剩余部分受力較均勻,未見(jiàn)突然變形的部位。在實(shí)際測量中,只需測量x和y方向的力,z方向的受力過(guò)小,介于-1.9至1.2MPa之間。

ANSYS模型ANSYS中網(wǎng)格劃分
、激振力加載

   1.2 強度試驗
   1.2.1對實(shí)驗進(jìn)行嚴格的設計
   為了測得應變值,就要在振動(dòng)篩上粘貼應變片,由于數據采集儀信號靈敏度欠佳,不增強信號就會(huì )影響數據的采集,因此,在進(jìn)行實(shí)際測量時(shí),連接應變儀和數據采集儀,有助于增強應變儀的信號,這個(gè)過(guò)程需要計算機、數據采集儀、應變儀、數據線(xiàn)、應變片等共同的作用。應變片粘貼的位置如圖三所示,1、2貼片在左右加強板上分別對稱(chēng)布置,3、4、5貼片分布在篩箱側板,6貼片分布在減振彈簧后的側面板上(進(jìn)料口),7、8貼片分別位于減振彈簧左側板上(出料口)、進(jìn)料口梁,9貼片在第一根圓梁上(進(jìn)料口),10貼片在中間最上面的方梁上。通過(guò)對應力理論數據及測試數據的比較可知,仿真值小于實(shí)際測量的應力值,存在誤差,所以,ANSYS模型基本滿(mǎn)足實(shí)際情況的要求,可以此為依據,進(jìn)行分析和研究,空載常溫工作時(shí)篩體的最大應力值為11.81MPa。

振動(dòng)篩應變片的分布位置

圖三 振動(dòng)篩應變片的分布位置

  1.2.2分析及實(shí)驗結果
  通過(guò)儀器測得的應變動(dòng)態(tài)位移曲線(xiàn)圖可知,1點(diǎn) x方向的峰值是12um,5um為有效值,1點(diǎn)y方向的峰值是94.5um,56um為有效值。


  2 對振動(dòng)篩疲勞的壽命估算進(jìn)行分析


  2.1 影響疲勞強度的各種系數


  2.1.1對應力集中系數進(jìn)行分析
  應力集中即受力物體在形狀突然改變的地方出現局部增大現象。應力集中系數(KT) 表示應力集中嚴重程度,相關(guān)公式為:KT=σmaxσ01)其中,σmax表示最大局部彈性應力,σ0則表示名義應力;名義應力即凈面積應力和毛面積應力。
  2.1.2分析尺寸系數和表面狀態(tài)系數
  振動(dòng)篩疲勞效應形成的原因是應力梯度,若是純粹的尺寸系數,影響不大,可忽略尺寸系數的影響,尺寸系數ε=1;表面加工粗糙度、表層應力狀態(tài)和表層組織結構等組成表面狀態(tài),表層應力狀態(tài)及表層組織結構對疲勞強度的影響不大,表面狀態(tài)的影響以表面加工粗糙度為主,故表面狀態(tài)系數β=0.9。
  2.1.3分析疲勞缺口系數
  可用REPeterson公式計算疲勞缺口系數,公式如下:Kf=KT-1α/ρ+1+1 2)其中,α表示材料的常數,ρ表示缺口根部半徑,所以,KT=Kf。
  2.2 結構應力的修正
  結合疲勞強度的影響系數,將應力結構按照公式3) 進(jìn)行修改:Sb=εβCLSKf3)S、Sb分別是修正前后的應力,得出冪函數公式:SaN=c(待定常數) 4)其中,N=cεβCLS/Kfa5)公式5) 是修正公式。

  2.3 疲勞壽命計算
累積損傷對疲勞壽命非常重要,也是研究者研究的重點(diǎn)內容,現階段,已經(jīng)提出很多理論,但運用的較少,其中,Miner法則及修正Miner法則等,通過(guò)相應的研究,依然認為修正Miner法則最佳,零件疲勞壽命公式:N=bki = 1Σn0ikl = 1Σn0iNi6)其中,b等于0.7,應力水平等級用k表示,第i級應力水平疲勞壽命為Ni,運行中第i級應力水平循環(huán)次數用n0i表示。

  2.4 對各個(gè)影響系數進(jìn)行計算

  2.4.1對應力集中系數進(jìn)行計算
以有限元法為依據進(jìn)行計算,并采用有限軟件,得到應力分布、集中、積分結果,計算可得:σ0(鋼板名義應力) =L乙σdLL=11.809MPa其中,L乙dσL代表應力沿路徑積分值,并通過(guò)1) 計算得出應力集中系數公式:KT=σmaxσ0=1.69
  2.4.2疲勞缺口系數計算
通過(guò)KT=Kf和Sb=εβCLSKf計算疲勞缺口系數:Kf=KT=KT-1α/ρ+1+1=1.692.4.3修正S-N曲線(xiàn)計算
通過(guò)修正公式5) S
b=εβCLSKf,可得:N=cS/KfεβCL! "a計算可得:N=c!0.4 53S"a
  2.4.4振動(dòng)篩壽命計算
根據零件疲勞壽命公式6) 及1點(diǎn)合力直方圖計算,可得:N=108.5753600×24×30×12最終結果為N=11.689a,若設計壽命是10年,通過(guò)計算得出市場(chǎng)反饋平均壽命是11.863年,存在一定誤差,誤差在1.46%,由此可見(jiàn),預測方法具有可行性。


  3 結語(yǔ)
通過(guò)相關(guān)計算和分析,得出振動(dòng)篩的分布狀況,并證明振動(dòng)篩在A(yíng)NSYS中的模型具有可行性,接著(zhù)對振動(dòng)篩疲勞壽命的估算進(jìn)行重點(diǎn)分析,獲得振動(dòng)篩壽命計算公式,并證明此公式誤差較小,具有可行性。

 

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