基于ANSYS的棒条筛片结构设计.pdf

基于ANSYS的棒条筛片结构设计 汪建新 申松飞 云海滨 内蒙古科技大学 机械工程学院 内蒙古 包头014010 摘要 在包头钢铁集团公司炼铁厂烧结矿筛分中 普通悬臂筛网振动筛发挥了重要的作用 用有限元法对棒条在有载作用下的运动情况进行分析 确定筛面缝隙宽度和棒条直径 为进一步优 化和改进筛面结构提供了方向和途径 关键词 棒条筛片 结构设计 有限元法 中图分类号 TH237 文献标志码 A 文章编号 100320794 2008 0520024203 Structure Design of Cantilever Screen Surface Based on ANSYS WANG Jian xin SHEN Song fei YUN H ai bin College of Mechanical Engineering Inner Mongolia University of Science and Technology Baotou 014010 China Abstract At present ordinary cantilever screen plays an important role in sinter screeningof the iron making plant of Baotou Steel Corp The bars moving state was analyzed when the bars was loaded and the analysis of2 fers a direction and method for further optimizing and improving screen surface Key words cantilever screen surface structure design finite element method 0 引言 目前在包钢炼铁厂高炉槽下烧结矿筛分中 普 通悬臂棒条筛发挥了重要的作用 与梳齿筛相比 悬 臂棒条筛的筛分效率可以达到85 左右 并且克服 了梳齿筛随着使用时间的延续筛孔被磨大而造成了 返矿率超标的问题 但是随着炼铁厂高炉容积的不 断扩大 尤其是700 m 3 以上的高炉对入炉烧结矿的 粒级要求非常高 而原有的悬臂棒条筛由于其筛板 结构设计不合理 筛分效率很难提高 已满足不了高 炉的要求 棒条筛片的结构合理与否不仅关系到能否充分 发挥棒条筛特有的二次振动特点 还关系到筛分效 率 单位面积产量 使用寿命和维修性等重要问题 由于各参数之间既有联系又相互制约 一些要求很 难同时满足 故筛片的结构设计问题实际上是一个 多参数系统的优化设计问题 1 设计棒条筛片时应考虑的主要因素 筛片的主要结构参数包括棒条材料 棒条种类 棒条间距 棒条直径 棒条长度 层数 层间距排 列方式等 棒条筛片的结构合理与否不仅关系到能 否充分发挥棒条筛特有的二次振动特点 还关系到 筛分效率 单位面积产量 使用寿命和维修性等重要 问题 2 筛面缝隙宽度和棒条直径的确定 1 筛面缝隙宽度的选取 为了尽可能多地使小于筛孔的颗粒透筛 就必 须使它们成为 易筛颗粒 概率理论与大量实验都 证明 要使物料颗粒成为 易筛颗粒 物料的粒度直 径应小于筛孔尺寸的0 75倍 高炉冶炼要求烧结 矿的粒度大于5 mm 根据现场烧结矿的粒度分布情 况 采用单层双面结构形式的棒条筛面较为切合实 际 上层棒条间隙定为8 mm 下层取为5 5 mm 2 棒条直径的选取 包钢铁厂烧结矿筛筛面的安装角 25 振动 方向角 60 当振幅为01004 m时对应的第 1临 界转速时角速度 1 54 2 60 gncos 2 Asin 91 14 r s 为获得尽可能高的筛面开孔率 取棒条直径 D 01006 m 材料为60Si2Mn 密度 7 800 kg m 3 弹性模量E 206 GPa 3 棒条长度的确定 311 用寿命条件初选长度 根据实际情况 取烧结矿料层厚度为100 mm 宽度为1115 mm 密度 16 00 kg m 3 筛面的直线 振动规律X 01004 sin 1t 则1根棒条上的烧结矿当量线密度 1184 kg m 棒条本身的线密度 b 0122 kg m 根据材料力学公式知 棒条内部最大拉应力出 现在弯矩最大的部位 悬臂棒条根部的上下表面 处 最大剪应力亦出现在同一截面上 所以当筛面 向上加速度达到最大时 棒条根部上表面处拉应力 42 第29卷第5期 2008年 5月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol129No15 May 2008 达到最大 此时 筛面最大加速度 amax Xmaxsin 01004 2 1sin60 最大弯应力 a M W 1 2 b 0 amaxl2 W 此时剪应力 a Q S 0 b lamax D2 4 棒条筛最不利的工作情况为 棒条根部工作载 荷为等幅脉动循环载荷 安全系数 nc n n n 2 n 2 式中 n 弯矩作用时的安全系数 n 扭矩作用时的安全系数 取许用安全系数 n 2 正常工作时要求计算 安全系数nc n 由此可得出棒条长度l 0 28 m 取棒条长度l 0 26 m 312 用位移条件校核端部变形 1 棒条有限元模型的建立 横梁的材料为Q235 A 弹性模量E 212 GPa 泊松比U 01288 密度 7 860 kg m 3 棒条 的材料为60Si2Mn 弹性模量E 206 GPa 泊松比 013 密度 7 900 kg m 3 直径6 mm 长度260 mm 其余尺寸见图1 图1 筛面横梁及棒条的有限元模型 2 边界条件的确定与施加 在横梁的水平和竖直方向 X方向和Y方向 上 应分别施加位移载荷 X 0 004cos60 sin 29 t Y 0 004sin60 sin 29 t 实际中物料在筛面上是以 群 的方式运动 为 考察棒条在物料作用下的变形状态 考虑最不利情 况即物料惯性力达到最大时的情况 在棒条Y方向 上还需施加q 0 Y的分布载荷 X方向的物料惯 性载荷 对棒条Y方向变形无影响 可不施加 3 求解 略 4 结果分析 图2为棒条工作时不同点处的法向 横向 位移 响应曲线 其中振幅最小曲线 振幅中等的曲线和 振幅最大的曲线分别为棒条根部 棒条中部和棒条 端部点的横向位移变化情况 从图中可看出 采用 直径为6 mm的棒条时 根部的位移就是激励位移 棒条没有相对变形 棒条上离横梁越远的位置变形 量越大 其端部的挠度可达到8 mm 由此产生的筛 条缝隙变化量已超过正常工作缝隙的7115 这样 显然会增加返矿量 显然不能满足工艺要求 为此再选择直径为8 mm相同材质的棒条作相 同的变形分析 此时 b 0139 kg m 同样取 n 2 得l 0137 m 取棒条长度l 0126 m 进行模拟得 出直径为8 mm是棒条直径的最佳值 图2 直径6 mm棒条上不同点处的横向位移 随时间的变化情况 图3为直径8 mm的棒条在相同工况工作时不 同点处的法向 横向 位移响应曲线 从图中可看 出 其端部的平均变形约为5 mm 由此产生的筛条 缝隙变化量约为35 基本上能满足实际需要 考虑到载荷情况没有变化 8 mm棒条的疲劳寿 命条件自然得到满足 图3 直径8 mm棒条上不同点处的横向位移 随时间的变化情况 4 棒条筛片的结构设计 根据筛子结构与物料特性相适应的原则 筛网 设计成一组相互平行的单层双面的弹簧钢棒条筛 网 棒条采用弹簧钢 一端固定 一端悬臂 各筛片 52 第29卷第5期 基于ANSYS的棒条筛片结构设计 汪建新 等 Vol129No15 试验 研究 矿井提升机制动器虚拟样机研究 3 薛军亮 杨兆建 太原理工大学 机械工程学院 太原030024 摘要 以矿井提升机制动器为研究对象 用基于ADAMS的虚拟样机技术对提升机制动系统 二级制动过程进行机械与液压系统联合仿真 得出提升机制动油压 制动闸瓦位移 卷筒角速度 之间的关系图 并对仿真过程进行了分析与说明 通过仿真可直观了解制动器的工作性能 有利于 制动器的改进和完善 关键词 提升机 液压系统 样机仿真 动力学 中图分类号 TD534 TP39119 文献标志码 A 文章编号 100320794 2008 0520026203 Research on Virtual Prototyping of Mine Hoist Brake XUE Jun liang YANG Zhao jian College of Mechanical Engineering of Taiyuan University of Technology Taiyuan 030024 China Abstract The mine hoist breaking system was studied and analyzed by computerized simulation The two stage braking process was simulated based on ADAMS The simulation which unite machinery with hydraulic pres2 sure system reach the relation picture between hoist brake hydraulic pressure brake pads displacement the reel angular velocity and its process was analyzed and description The simulation can be intuitive under2 standing of the work of brake performance and it is conducive to the improvement and perfection of brake Key words hoist hydraulic system virtual prototyping dynamics 0 引言 3 山西省教育厅项目 20051212 山西省科技基础平台项目 051005 矿井提升机制动系统是提升机结构不可缺少的 最重要的一部分 随着煤炭产量增大 矿井提升机工 作负荷越来越大 对制动装置的可靠性提出了更高 的要求 盘式制动器作为提升机安全保护的最后一 呈阶梯布置形式 可以显著增加物料的抛起时间 使 烧结矿以梯流的方式在筛面上向下运动 增大了物 料的平均移动速度 松散分层效果 对振动筛处理量 的提高是明显的 实践已经证明 这种方式对物料 的松散分层效果也十分显著 特别是在薄料层时能 明显提高筛分效率 按照前述计算结果 筛面的结构如图4所示 悬臂棒条长度可取260 mm 240 mm 考虑到棒条强 度 变形和合理分配上下层之间负载率等因素 上层 筛面采用直径8 mm 长度分别为260 mm 240 mm的 棒条间隔布置 由于棒条长度互不相等 其固有频 率也不一样 因此其振动的情况也将完全不同 可以 有效地防止堵孔现象的发生 同时上层筛面主要用 于承受大颗粒物料的冲击与摩擦 所以选择较大的 棒条间隙 对于下层筛面 主要是为了控制粒度并 保证处理能力 这就决定了下层筛片棒条必须是小 间隙的 其间隙由工艺要求决定 取为515 mm 考 虑到上层筛面的载荷分流作用使下层筛面的载荷在 很大程度上得以缓解 为获得尽可能大的开孔率 采 用长度为260 mm 直径分别为6 mm和8 mm的棒条 间隔布置 图4 新设计的棒条筛片实物图 5 结语 新设计的棒条筛片具有结构简单 处理量大 能 耗小 筛孔不易堵塞等优点 尤其适合于处理干性物 料 目前已在筛分煤炭等物料时取得良好效果 若 能把这种筛分机用于烧结矿筛分 会产生巨大经济 效益 用ANSYS对棒条的动力学模型进行了数值 分析 为改进振动棒条的结构 长度 直径 形状 材 质 提高筛分质量和筛分效率提供了依据