沥青搅拌设备振动筛设计【含CAD图纸、说明书】
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压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985摘 要在高速发展的现代社会中,机械振动已经广泛的应用于各个领域中。振动筛作为其中的一种是道路交通建设领域中筛分物料的重要设备。我国作为发展中的强国,对道路建设更是重视,在十一五计划中,中国将建设或者改造120万公里的农村道路,将95%的乡镇和80%的村庄连接起来。而沥青混合料作为道路建设的主要材料,我国对其需求也是十分巨大。而沥青搅拌设备中的振动筛是筛分沥青混合料的重要设备,其对路面质量和生产效率有着巨大影响。本次课题就是以沥青搅拌设备中的振动筛作为研究对象,分析现拥有的不同种类的振动筛,然后设计出符合我国沥青混合料需求现状,符合其筛分要求的振动筛。采用对其运动分析、受力分析、传动情况分析的方法,对振动筛参数进行计算以及对其零部件设计,并通过CAD软件来绘制,达到设计目的。关键词:沥青搅拌设备,振动筛,机械振动。AbstractIn the rapid development of modern society, mechanical vibration has been widely used in various fields. Vibrating screen is one of the important equipment in the field of road traffic construction. China as a developing country, the road construction is more attention, in 11th Five-Year, China will build or transform 1 million 200 thousand kilometers of rural roads, 95% of the villages and towns and 80% of the village. And asphalt mixture as the main material of road construction, the demand of our country is very huge. The vibrating screen in asphalt mixing equipment is an important equipment of screening asphalt mixture, which has great influence on the quality of pavement and the efficiency of production.This topic is to asphalt stirring equipment vibration sieve as the research object, analysis is now owned by different kinds of vibration sieve, then designed in line with Chinas asphalt mixture demand status, conforms to the requirements of the screening vibrating screen. By using the method of motion analysis, force analysis and transmission analysis, the parameters of the vibrating screen are calculated and the components are designed, and the design goal is achieved through the CAD software.Key words: asphalt mixing equipment, vibrating screen, mechanical vibration.VII目 录摘要 IAbstract II目录III1 绪论 1 1.1 课题的背景和意义 1 1.2 国内外研究现状以及发展趋势 2 1.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状21.2.3 发展趋势2 1.3 本课题的研究内容 3 2 振动筛整体方案确定 4 2.1 机械整体结构设计 4 2.1.1 振动筛筛体的选择5 2.1.2 振动筛的振动装置振动方案5 2.1.3 最终确定方案6 2.2 振动筛振动结构设计 6 2.3 振动筛力学基本理论 7 3 振动筛参数设计和计算10 3.1 运动学参数确定10 3.1.1 抛掷指数 10 3.1.2 振动强度K10 3.1.3 筛面倾角 10 3.1.4 筛箱的振幅A10 3.1.5 筛子的频率n11 3.1.6 振动强度的校核 11 3.1.7 物料的速度 11 3.2 振动筛工艺参数的确定11 3.2.1 筛网的长和宽 11 3.2.2 筛分效率 12 3.2.3 参振质量的计算 12 3.2.4 偏心质量和偏心距的确定 134 电机的选择 14 4.1 电动机功率的确定14 4.2 电动机的选定14 4.3 电动机的启动校核155 振动筛中的主要零部件设计 17 5.1 偏心轴的设计17 5.1.1 偏心轴材料的确定 17 5.1.2 确定偏心轴段的最小直径 17 5.1.3 确定轴上各轴端的直径和长度 18 5.2 轴承的选择18 5.3 皮带的设计和计算18 5.3.1 计算带的功率和确定带型 18 5.3.2 确定带轮的基准直径 19 5.3.3 验算皮带的转速 19 5.3.4 确定中心距和带的基准长度 19 5.3.5 验算小带轮的包角 20 5.3.6 计算带的根数 20 5.4 键的选取20 5.5 弹簧的和计算20 5.5.1 选定弹簧的材料 20 5.5.2 确定弹簧直径 20 5.5.3 确定弹簧中径 21 5.5.4 确定弹簧圈数和节距 21 5.5.5 弹簧的间距和螺旋升角 21 6 总结22 参考文献23XI 第1章 绪论1 绪 论1.1 选题背景及意义在高速发展的当代社会,我国道路建设对沥青混合料的需求也迅猛增长,统计到2011年,我国已建设超过57万公里的沥青道路,在这些当中,沥青高速公路占17.4%的比重,普通沥青道路占82.6%。在国家十二五规划期间,沥青路面每年增长速度已经提高到年均9%,而且已经建设15万多公里的高速公路。图1.1沥青需求图 沥青搅拌机设备是路面交通建设的重要设备,其质量好坏直接决定了沥青混合料材料的质量,进而影响路面质量,它的生产水平也会影响整个公路的施工周期。它的生产率水平决定了后续工作设备的类型、数量以及道路建设的周期长短。其中,振动筛作为沥青搅拌机设备中的重要筛分机械,它的工作方式是通过筛网,将种类和大小不同的物料按颗粒不同进行一层层分级。筛分设备技术水平的高低和质量的优劣影响着设备质量的好坏、工作生产效率的高低和节能减排的程度,这些都会对企业的经济效益造成严重影响。而振动筛因为其设备结构简单、处理量大、工作安全可靠等优点在所有筛分设备中拥有突出优势,在筛分设备市场中占有大量比例。故研究此次课题有着十分重要的意义。1.2 国内外研究现状以及发展趋势1.2.1 国外研究现状 国外开始研究和生产筛分设备是从16世纪开始的。第一次工业革命后,筛分机械发展速度急速提高,而现在,筛分机械的设计和制造水平已经很高了。德国的申克公司目前能提供的筛分设备已经达到260多种;而STK公司研制出的筛分设备具有种类齐全,技术水平较高等特点;通用率比较高的则要属KHD公司生产的200多种筛分设备;双倾角的筛分设备已经被海因勒曼公司和KUP公司成功开发出来。除了这些公司,其他各国也纷纷研制出各种不同具有特色的筛分设备。1.2.2 国内研究现状由于我国是一个发展中国家,正从一个农业大国发展成工业大国,所以我国的工业基础比较薄弱,振动筛的技术研究比较落后。故直到20世纪50年代,我国的振动筛才步入发展阶段,我国振动筛发展过程可以用以下三个阶段表示:仿制阶段:在振动筛发展的初期,我国基本是通过仿制其他国家的简单振动筛来学习振动筛技术,譬如BKT-11、BKT-OMZ型摇动筛,WK-15圆振动筛,CJM-21摇动筛和WP1、WP2型吊式直线振动筛。通过这一阶段,我国积累了大量振动筛的基础知识,国内也涌现了大量相关的技术人才。自主研发阶段:在20世纪60年代到20世纪80年代期间,我国已经能独立开发大量筛分设备。虽然这些设备还有着很多问题,比如发生故障频繁,设备寿命短,但是这一批振动筛的研制成功标志着我国正式进入独立发展阶段,达到了自给自足,满足自己国内需求的状态。提高阶段:在自主开发阶段后,即20世纪80年代以后,我国研制出来的振动筛的种类和数量急剧增加。已经研制出振动概率筛系列,旋转概率筛系列;开发出箱式激振器等厚筛系列等。1.2.3 发展趋势国外筛分设备的发展将往把振动筛变得更加标准,将各种不同的振动筛统一起来,形成各种种类的标准件;向筛分大型物料的方向发展,目前已经研制出的筛网;增大筛面倾角,提高筛分效率;向筛分颗粒细小的物料发展,研制出最小的筛分面积为;而国内的发展趋势主要是将深度筛分原煤的技术进行提高,增加煤炭的品种;解决如何筛分颗粒细小,水分含量高,具有很高粘度的这些难以筛分的物料;研究重型筛分装备;通过改变筛面的材料和结构等来解决筛板寿命问题。1.3 本课题的研究内容 根据任务书要求,此次设计是设计一个能筛分10000kg重量沥青混和料的振动筛,其振幅要求为8mm。本次设计需要设计其筛箱的具体结构和传动方案,选择筛网的尺寸,电动机的型号,确定偏心块的质量以及激振器的结构和尺寸,以及轴承,偏心轴,弹簧等零件的尺寸计算。 3 第2章 振动筛整体方案确定2 振动筛整体方案确定2.1 机械整体结构设计通常在机械设计中,能成功设计出满足计划任务书设计要求、产品质量符合以及工作稳定的设备的逻辑过程成为设计过程。设计过程首先要明确设计要求,将所知道的设计条件分解,熟悉其与结构和各零件的关系,再确定该设备的整体机构方案、执行机构以及传动装置,绘制出机构简图,再确定各部件的尺寸并用CAD绘制出来。在机械设计过程中,确定机构如何运动十分重要。机构运动方案设计就是按照设计要求,设计其机构组成和运动方式,绘制运动简图,同一个问题能用不同的方案来解决,确定机构运动方案尤为重要。确定机构运动方案以后,才能进行机构动力分析和机构设计,当然这一过程也能反馈,如果不满足,能及时更改运动方案。此次设计是通过电机带动激振器,来实现机构振动,然后传递到筛网上,使筛网上的沥青混合料振动,从而达到筛分的目的。方案一:将电机置于地面,将筛箱通过弹簧吊起,通过带轮或者联轴器带动偏心轴图2.1方案一 1-筛框,2-筛网,3-振动器,4-弹簧币杆方案二:将电机置于筛箱外的地面上,利用压缩弹簧支撑,再通过带轮或者联轴器带动偏心轴。图2.2 方案二综合起来选择方案二,因为按照此次任务书要求,要求筛分10000kg的沥青混合料,如果按照方案一,所需的弹簧强度会很高,而且这样也不安全,也浪费资源,其使用场地十分局限,只能在室内进行,许多露天筛分工作无法实行。而方案二则好很多。2.1.1 振动筛筛体的选择 此次设计选用编织筛面。编织筛面是由钢丝作经线和纬线编织成的,筛孔的形状为方孔或者长方形,在网状交叉处交替处有凹槽,避免筛网网丝错动。此次选用两层筛网,提高筛分效率。 图2.3筛面图 2.1.2 振动筛的振动装置振动方案(1) 直线振动筛直线振动筛是通过两根不平衡重的轴,使其同步异向旋转而产生振动的筛子,安装时一般将其水平或者倾斜安装,其运动一般是做一条直线运动,故称为直线振动筛或者水平振动筛,其特点是全封闭,不堵孔,坚固耐用。一般适用于煤炭的脱水脱介和物料分离。(2)圆形振动筛圆振筛是利用不平衡重的激振器使筛箱振动。因为其运动轨迹为圆形,筛面上的物料会不断翻滚,细粒会从下方排除,卡在筛网的物料会自动跳出,防止堵孔。圆形振动筛分效率高,可以通过改变筛面倾角,提高处理量。另外其机构可靠,结构简单,激振力强,噪音小等。在实际考察过程中,发现直线振动筛的筛分效率很低,产量也经常达不到设计值,相比较而言,选择圆形振动筛。图2.4 圆振筛内部示意图2.1.3 最终确定方案通过对比,最终采取将电机置于筛箱外侧地面,通过皮带轮带动激振器,将振动传递到偏心轴上,达到使筛箱圆形振动的目的,然后用压缩弹簧支撑筛箱,将整个系统置于地面。2.2 振动筛振动结构设计 此次设计的振动筛由弹簧支撑座,激振器,筛箱和传动装置组成,电机作为启动机构,通过传动装置带动偏心轴旋转,因为偏心轴轴具有偏心的特点,旋转时会产生离心力,加上激振器增加其惯性,于是筛箱就会做一个自由振动的运动,产生一个圆型轨迹的振动路线。 (1) 筛面为了承受10000kg的沥青混合料,其结构要能承受较大的载荷,要具有耐磨,耐冲击的性能,此次设计通过螺栓将筛网固定在筛面托架上,上下层筛网皆采用编织筛网,其固定方式是通过在筛箱两侧放置压木和木契以此来压紧筛网,中间的筛板用螺栓和压板压紧。并用橡胶条来提高耐磨性。 图2.5 筛面固定结构图(2) 筛框 筛框是由侧板和横梁等构成,此次侧板A5或20号钢板制造,其厚度为,横梁材料选用槽钢。为了让筛框有足够的刚度,其结构连接用焊接和铆接。(3) 激振器圆形振动筛的激振器一般是通过一根轴达到振动目的。此次设计的激振器是由平衡轮、偏心轴、轴承座、轴罩、轴承等组成。(4) 传动装置此次设计采用普通v带传动,其结构简单,调整方便,能缓和载荷冲击,其传动运动平稳、低噪音、低振动。其两轴中心距调整范围大,易于安装。维修更换方便。2.3 振动筛力学基本理论 惯性振动筛的振动系统是由振动质量(筛箱和振动器的质量)、弹簧和激振力(由回转的偏心块产生的)构成。为了使振动筛可以持续平稳的运作,必须分析惯性振动筛的力学模型和振动系统,再通过计算找出振动质量、弹簧刚性、偏心块的质量矩与振幅的关系,然后用公式计算振动筛的运动参数。才能选择弹簧的刚度和偏心块的质量距。图1 振动系统力学模型图 图1为圆形振动筛的系统力学模型图,一般为了计算简便,假设激振器的偏心轴回转中心与振动筛箱体的重心是重合的,这样激振器激振力和弹簧产生的弹簧力在机体的重心上作用。在这种情况下,就能把筛箱看做一个只在平面内做平移的运动。在机体静止平衡的时候(即机体的重量为弹簧的弹性反作用力所平衡时的位置),把这时候的重心作为原点(即点O),然后把振动器的旋转中心O1作为运动时的坐标原点。 偏心重块质量m的重心不仅随机体一起作平移运动(牵连运动), 而且还绕振动器的回转中心线作回转运动(相对运动),则其重心的绝对位移为:+rcos+=y+rsin 式中: 偏心质量的重心至回转轴线的距离。 轴之回转角度,,为轴回转之角速度,t为时间。偏心质量m运动时产生的离心力为: (2-1) (2-2) 式中和为偏心质量m在x与y方向之相对运动离心力或称激振力。在圆振动筛的振动系统中,作用在机体质量M上的力除了和外,还有机体惯性力(其方向与机体加速度方向相反)、弹簧的作用力 (和表示弹簧在x和y方向的刚度,弹簧作用力的方向永远是和机体重心的位移方向相反)及阻尼力(c称为粘滞阻力系数,阻尼力的方向与机体运动速度方向相反)。17 第3章 振动筛参数设计和计算3 振动筛参数设计和计算3.1 运动学参数确定 振动机械的工作平面一般做简谐振动、非简谐振动等,通过以上这些振动来让物料在工作平面上运动。当振动机械上的运动参数不同时,物料在工作平面上所做的运动类型也会不同。3.1.1 抛掷指数通常,筛子的用途不同,抛掷指数也会不同,通过查阅资料发现圆振动筛的抛掷指数为,直线振动筛的抛掷指数为。对于难以筛分的物料一般取最大值,容易筛分的则相反,对于筛孔大的抛掷指数一般取最小值,筛孔小的则相反,此次设计是通过圆振筛来筛分沥青混合料,所以在这里抛掷指数取6。3.1.2 振动强度K原料的强度和构件的刚度影响振动强度的选择,现在,我国的机械水平使K值得范围一般在3-8,而在振动筛领域,K值的范围一般为3-6。在此次设计中K选取6。3.1.3 筛面倾角对于圆形振动筛:筛面倾角在预先筛分的时候取,而在终极筛分的时候取,振幅大的时候取最最小值,小的时候则相反。此次设计取3.1.4 筛箱的振幅A筛箱的振幅是振动筛设备中一个非常重要的参数,其数值不能太大也不能太小。这样才能让物料充分筛分,并减少阻塞筛网的机会。通过确定筛箱的振幅来决定振动筛的其他设计尺寸。对于此次设计,根据任务书,筛箱的振幅为8。 3.1.5 筛子的频率n 根据公式,其中振幅A=8mm,故取n=800rpm。3.1.6 振动强度的校核实际情况下,振动强度的计算公式为,将筛箱的振幅A和筛子的频率n带入得,故符合要求。即振动筛的参数为A=8;n=800 ;=6。3.1.7 物料的速度 根据公式,其中查阅相关资料知道。故3.2 振动筛工艺参数的确定 振动筛的工艺参数由振动筛筛网的长和宽以及振动筛的筛分效率组成。3.2.1筛网的长和宽由公式:式中:Q处理量,Q=250t/h F筛面的工作面积 q单位时间处理量,所以F=6.5m。当料层厚度一定的时候,筛分效率通过筛面长度决定,筛子的生产率通过筛面宽度决定。一般筛面的长度取,筛面宽度不能取太宽,筛面最小宽度至少为,矿用振动筛一般按0.3的间隔增加筛面宽度。故这里选取筛面长度,宽度为。3.2.2 筛分效率筛分效率通常用筛分时所得到的筛下产物的重量与原物料中所含小于筛孔尺寸的粒级的重量之比并用百分数来表示。其计算公示为:其中表示原料中筛下产物含量的百分数, 表示筛上产物中筛下级别含量的百分数。得到筛分后的结果即可算出和。3.2.3 参振质量的计算 查阅资料得,沥青混合料的密度为1.15kg/m到1.25kg/m之间,此次设计,选取1.2kg/m。通过任务书,可以得到,沥青混合料的质量为10000kg,故筛箱的容积为,此次设计的筛箱体积要满足大于此值。总的参振质量计算公式为:根据任务书物料质量为筛箱的重量估算为10000kg,弹簧支撑装置参振质量估算为200kg,既其余零件(不包括偏心块,皮带,偏心轴)估算为1000kg,即 故总的参振质量为3.2.4 偏心质量和偏心距的确定 在筛分物料时,由于弹簧刚度过小,所以此次设计将K值忽略不计。单轴振动筛的计算公式为:m偏心块质量,A筛箱振幅,A=8mmr 偏心距,r=192mm 带入公式得m=848kg。 第4章 电机的选择4 电机的选择4.1 电动机功率的确定 其计算公式为:式中:. 。,。这里对于滚子轴承选取 。故电动机的功率P=113.29KW。4.2 电动机的选定根据计算所得电动机的功率P和转速n,参考相关资料,选取Y315L2-6型电动机。其额定功率为132KW,转速为n。4.3 电动机的启动校核 电动机启动校核的计算公式为: 式中: 电机的其动转矩; 电机的额定转矩; 振动筛偏心重量的静力矩与轴承的摩擦静力矩之和= Nm= 式中: 速比 起动力矩系数 在此次设计中取= 带入公式得= 式中: 偏心质量的静力矩与轴承的摩擦力矩之和 式中: 振动器上轴承的摩擦力矩 其中由公式 可得 将带入 =2M得=23.24=6.48 Nm。 =8480.1929.8=1595.60 Nm 将和带入= + 得 =1602.07Nm 将带入= 得=1376.64Nm=1.07由于,所以满足 ,故合格。 第5章 振动筛的主要零部件设计 第5章 振动筛的主要零部件设计5 振动筛中的主要零部件设计5.1 偏心轴的设计 为振动筛中最核心的零部件,偏心轴是此次设计中最核心的部分,正是偏心轴产生的离心回转运动才带动整个振动筛振动。再设计偏心轴的时候,主要确定偏心轴的材料、结构、强度和刚度,如果是高速轴,还需考虑其稳定性问题。5.1.1 偏心轴材料的确定 翻阅相关资料,在此次设计中,选用45钢。5.1.2 确定偏心轴段的最小直径再设计轴的过程中,首先最主要要确定偏心轴上承受载荷最小的轴径。查机械设计教课书表16.2可知45钢的C值范围为107-118,此次设计选择C=110。偏心的输入功率根据公式,其中指皮带轮的传动效率,取。带入公式得:求出的直径,需要根据标准圆整成标准直径,如果轴上有两键槽,为了提高强度,其最小直径应增大7%到10%,即62.32mm到64mm,在此次设计中,按照标准值,圆整取80mm。5.1.3 确定轴上各轴端的直径和长度图5.1 偏心轴零件图 第一段轴作为最小轴径与激振器上的平衡轮相接触,用键与其相固定,其轴径为80,长度为90。 第二段轴是过渡轴段,其轴径为109,长度为30。 第三段轴与轴承相接触,其轴径为110,长度80。 第四段轴用于偏心,由于振幅为8,故将轴的中心线往下偏移8,此处的轴径为130,此处轴段需穿过振动筛筛箱,故此段轴的长度为1490。 第五段轴同第三段轴,与轴承接触,其轴径为110,长度为80。 第六段轴同第二段轴,其轴径为109,长度为30。第七段轴同第一段轴,其轴径为80,长度为90。5.2 轴承的选择 因为此次设计是选用圆形振动筛,故在此次设计中选用大游隙单列向心圆柱滚子轴承。此次设计中与轴承相接触的轴段轴径为110mm,故选择型号为3G3622的大游隙单列向心圆柱滚子轴承,其内径为110mm,外径为245mm。5.3 皮带的设计和计算 5.3.1计算带的功率和确定带型根据公式:式中P代表传递的功率,代表工况系数根据机械设计教科书表9.21可知,此次V带传动工况系数取1.2此次设计选用的电动机的功率为132kw,带入公式可得。由教科书图9.13选择E型V带。5.3.2 确定带轮的基准直径 由于此次设计选用的电动机的转速为980rmp,且选用E型V带,故查教科书表9.16,选取小带轮的基准直径为500mm。 根据传动比公式计算得:=1.225又大带轮直径计算公式为: =5001.225= 612.5,查表9.16,取大带轮直径630mm。5.3.3 验算皮带的转速 根据皮带转速验算公式: =,对于普通V带,带速的范围应该在5m/s到30m/s之间,故此次选取满足要求。5.3.4 确定中心距和带的基准长度 初步确定中心距,根据公式0.7(+)2(+) 故7912260。基准长度的计算公式为: =2+(+)+将、和带入得,=3775.2。查教科书表9.4取=4000。实际的中心距可按公式:=+计算,带入得=1112.4。 根据机械设计教科书中心距需调整为:=1059.15=1218.95.3.5 验算小带轮的包角 根据公式=180,将大小带轮直径和中心距带入得=173.3。5.3.6 计算带的根数 根据公式,其中,查表可得=0.96,=0.89,=28.52。又,其中查表得,代入数据得=3.28。将、带入公式可得 ,故取6根。5.4 键的选取在设计过程中,选用平键来作为此次设计的传递工具,因为与键相接触的轴径为80mm,故此次设计,选用2214的普通平键。5.5 弹簧的和计算 5.5.1选定弹簧的材料根据本次设计的载荷要求,选用钢丝,查机械设计教科书表20.4,按类载荷选取许用应力=480Mpa,查的剪切弹性模量G=80000Mpa。 5.5.2 确定弹簧直径逐步选定弹簧指数C=5,由公式: 得K=1.3105弹簧丝直径计算公式为:其中,将,K,C带入公式可得,查机械设计教科书表20.6取d=40mm5.5.3 确定弹簧中径根据公式可得D=200mm5.5.4 确定弹簧圈数和节距 , mm根据公式 ,取10圈故弹簧总圈数n=10+2=12圈弹簧的节距计算公式为mm,这里去P=60mm。 5.5.5 弹簧的间距和螺旋升角根据公式得 螺旋升角的计算公式为:将p和D带入公式可以求得r=5.45 24 第6章 总结 参考文献6 总 结时光飞逝,转眼间我就已经面临毕业,此次设计是我在大学里做的最后一次设计。写到这里,此次设计即将步入尾声。通过此次设计,我的基础知识有扎实了很多,此次设计给了我很多收获,让接触到许多在平常接触不到的东西,更加了解到机械这门课程魅力,让我懂得了毕业并不代表学习就已经结束了,我还有很多知识需要去学习,很多领域去涉及。让我学会了如何独立去完成一个课题,如何去自己解决问题,如何去了解和学习一个未知的领域。刚开始接触到这个题目的时候,我完全不知道如何去下手,只能从任务书里的参考资料去了解。后来通过去实际工厂参观了解,我才初步知道沥青搅拌设备中的振动筛是一个什么样的结构,可以说这才是我真正开始设计这个机构。在设计过程中我遇到了很多困难,除了没有方向以外,我的时间也并不充足,刚开始我无法将工作的时间和做毕业设计的时间合理分配,导致很长一段时间我的毕业设计毫无进展。直到现在,我都在想,如果我能有更多的时间,我也许能将这份毕业设计做的更好。另外,我的基础知识随着时间的推移也慢慢淡忘了,很多东西需要我去重新学习,去重新拾取,重新去回顾机械设计,材料力学,工程材料等这些知识。此次设计也暴露我很多缺点,比如绘图的时候不够仔细,有时候因为粗心,图纸上很大一片都要重新绘制,浪费了很多时间和精力,。在这里我要特别感谢我的舍友时光同学,他给与了我很多帮助,在我忘记将学校的书本带回家的时候,他及时的将我所需的东西从学校寄了过来,我想要不是他,我可能就会来不及完成这份毕业设计了,另外我还要感谢我的导师时维元老师,在我设计遇到困难的时候,老师耐心的解决我很多疑惑,让我的思路完全理通,使我后面的设计顺利完成。此外我的其他舍友也给了我很多帮助,指出了我设计中的错误,让我避免了这些不该失误的地方。最后我很感激学校能给我这次机会,此次毕业设计让我明白了很多,通过这次毕业设计我相信我以后的工作会更加顺利。参考文献1 孟彩茹, 沥青混合料搅拌设备振动筛关键技术研究. 10710-2009025009 2 剑明,徐宝元,杨宝林, 于沥青混合料搅拌设备振动筛的技术. 交通世界, 20133 郭年琴,匡永红. 振动筛国内外研究现状及发展. 世界有色金属,20094 王正浩,王国业,刘维伟, 振动筛的研究现状与发展趋势. 沈阳建筑工程学院学报,19995 冉建,周忠诚,侯勇俊, 双曲柄连杆圆振动筛研究. 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An accurate mechanical model was constructed according to the required structural motion features.Applying multi-degree-of-freedom vibration theory,characteristics of the vibrating screen was analyzed.Kinematics parameters of the vibrating screen which motion traces were linear,circular or elliptical were obtained.The stable solutions of the dynamic equations gave the motions of the vibrating screen by means of computer simulations.Technological parameters,including amplitude,movement velocity and throwing index,of five specificpoints along the screen surface were gained by theoretical calculation .The results show that the traces of the new designed vibrating screen follow the ideal screening motion .The screening efficiency and processing capacity may thus be effectively improved.Keywords:variable elliptical trace;screening process with constant bed thickness; dynamic model;motion characteristic;screening characteristics1 Introduction Screening operations are an important part of coal processing. The vibrating screen is one of the most extensively used screening tools. Vibrating screens, such as linear vibrating screen, circular vibrating screen or elliptical vibrating screen, have a simple translational motion. The motion follows the same path everywhere on the screen and so the screen has constant transport velocity and throwing index, which leads to low screening efficiency. Augmenting the throwing index to improve breaks the exciting motors processing capacity lowers the working.In this paper , we report on the design of a new vibrating screen with variable motion traces that is based on the principle of screening process with constant bed thickness34.Different parts of the vibrating screen traverse different elliptical traces and the resulting motion agrees well with the ideal motion .Thus the screen processing capacity and efficiency can both be improved.2 Ideal motion for a screen surface and the proposal of a vibrating screen with variable elliptical trace2.1 Screening characteristics of common vibrating screensVibrating screens commonly work at a fixed vibration intensity .Material on the screen surface moves by throwing, rolling or sliding motions .For common screeners ,material granularity is widely distributed at the feed end .The energy imparted to the material particles from the vibrating screen is severely dissipated .Consequently ,a large number of particles become laminated only a short distance from the feed end .The material penetrates the screen within the first 1/4 to 1/2 of the screen ,which affects screening and lowers processing capacity 5.The decrease of fine-grained material causes the ratio of particles close in size to ,or larger than ,the mesh to increase .Thus ,the screening efficiency declines dramatically .The material granularity simultaneously becomes uniform and the energy imparted from the vibrations to the material suffers little loss .Hence ,the amplitude and velocity of the material particles increase .This causes the material bed depth at the feed end to be thick while at the discharge end it is thin .This kind of motion leads to an asymmetrical penetration along the screen surface,which influences the screening efficiency and processing capability 6.Common screening characteristics are shown in Fig.1.2.2 Ideal motion for screen surface and implementing schemeThe ideal motion for screen surface is described below, according to the principle of screening process with constant bed thickness .The feed end of the screen has a bigger throwing index and a higher material delivery velocity ,which makes bulk material quickly penetrate and causes rapid delaminating. Earlier lamination of material increases the probability of fine-grained material passing through the mesh .The screen has an appropriate throwing index and a little higher material delivery velocity in its middle part .This is of benefit for stabilizing fine-grained materials and for penetrating uniformly along the screen length .A lower throwing index and material delivery velocity near the discharge end causes the material to stay longer on the screen and encourages more complete penetration of the mesh. Two methods are currently used to improve screening efficiency 78.The first is to add material to the screen from multiple feed ports. This is troublesome in practical use especially in terms of controlling the distribution of differently granulated materials .Hence it is rarely used in practical production. The second way is to adopt new screening equipment like, for example, a constant thickness screen. The motion of the new screen surface causes material to maintain the same, or an increased, thickness .It achieves a rather more ideal motion.The main problem with the constant thickness screen is that it covers a bigger area and that the structure is complicated and hard to maintain .A simple structure with good screening efficiency is still a necessity. We have designed a new vibration screen with a variable elliptical trace that is based upon an ideal screen motion for use in raw coal classification. The size of the vibrating screen is 3.6 m7.5 m,the feed granularity is 0 to 50 mm and the classification granularity is 6mm.Elliptically vibrating screens combine the basic advantages of both circular and linear vibrating screens 910.The long axis of the ellipse determines material delivery and the short axis influences material loosening, to be exact.3 Dynamics model analysis of vibrating screen with variable elliptical traceWe made the exciting force deviate from the center of gravity,to change the motion pattern of the new vibrating screen.The stiffness matrix of the vibration isolation spring was not zero under these circumstances and the vibrating system had multiple degrees of freedom.Minor transverse wagging was neglected to simplify the research.The motion was considered to be a linear vibration of a rigid beam in the longitudinally symmetrical plane.At each point the vibration is a combination of the translation of the center of gravity and the screen pitching about the center of gravity.Previous studies neglected the influence of elastic forces in the horizontal and vertical direction on the swing of the vibrating screen 3,11.An accurate dynamic model consisting of three differential equations that include coupling of degrees of freedom in the vertical,horizontal and swing directions is proposed.The mathematical model of the vibrating screen is shown in Fig.2.The center of gravity, is taken as the origin of a rectangular coordinate system at staticequilibrium, in accordance with rigid motion on the plane 12.Simultaneous differential equations in generalized coordinates using center of gravity coordinates,(x,y),and the swing declination angle, ,may be written aswhere M is the mass of the vibrating screens the moment of inertia of M relative to the center of gravity,O;x and y the displacements in the x and y0directionas;x and y the velocities in the x and y directions and y the accelerations in the x and y directions; is the swing angular displacement; the installation angle;fx,f yond father damping coefficients in the x,y and directions;x k and k the stiffness coefficients of the supporting spring along the x and y directions; A0 the amplitude of the exciting force, given by2 0 A =mr, where r is the radius of eccentricity the mass of the eccentric block and the exciting angular frequency; L1 and L2 the distances between each supporting spring and the center of gravitys the distance between the rotating center of the eccentric block and the center of gravity; and,the included angle between the l and x directions. The damping force is rather small and can be neglected. Then Eq. (1) can be simplified to Eq.(2).4 Motion and screening effect analysis of a vibrating screen with variable elliptical trace 4.1 Analysis of the motion parameters Multiple degree-of-freedom vibration theory was used to find a stable solution for the forced vibration 13,as follows:When E 2 S 2 +C 2 H 2 +2 ESCH=0, the trace of point D is a line. When E =Sand C =H, the trace of point D is a circle. In general. (6) expresses the equation of an ellipse.The xoy coordinate was rotated degrees anticlockwise to give a new set of x oycoordinates. A standard elliptical equation was then obtained after eliminating D D x y in Eq.(7).From this we know that some points on the screen move in a line or a circle while others move in an ellipse .As long as the relative position of the rotating center of the eccentric block and the center of gravity are properly adjusted, variable elliptical motion of the screen will be obtained .This provides a reasonable throwing index and material delivery velocity and improves screening efficiency.4.2 Analysis of motion trace and screening efficiency The stable solution of a vibrating system, in terms of the vibrating screen, can be given by the equations of motion for any point on the vibrating screen areEq.(8)shows that the center of gravity traces an approximate circle and that the amplitude in the horizontal and vertical directions is between 3.5 mm and 5 mm.Fig.3 shows how the center of gravity moves in three degrees of freedom.Fig.3 gives theangular phase difference between the horizontal and vertical directions as well as the amplitude of the swing angle.5 Conclusions1)A new vibrating screen with variable elliptical motion trace was proposed according to the principle of screening process with constant bed thickness.Different points on the vibrating screen trace different elliptical paths.The motion pattern agrees well with the ideal motion characteristic for a screening surface. Thus,screening capacity and process efficiency can be increased.2)A theoretical kinematic analysis of the vibrating screen was done to study how varying different parameters affects the motion of the screen.Kinematics parameters of the vibrating screen that motion traces are linear,circular or elliptical are obtained.3) Motion traces of total vibrating screen were gained through computer simulations.Screening technological parameters,including amplitude, velocity and throwing index,of five specific points along the screen surface were calculated. Theseparameters are related to screening efficiency. The results show that the motion pattern of the designed vibrating screen conforms to an ideal screening motion and that the design is able to effectively improve screening efficiency.4)The position of the exciter axle center,relative to the center of gravity of the vibrating screen,is extremely important for screening efficient.Thus,we can design a vibrating screen with higher processing capacity without increasing power consumption by adjusting the relative position of the axle center.This is a point that requires further study.References1Wen B C,Liu F Q.Theory and Application of Vibration Machines.Beijing:China Machine Press,1982.2Gu Q B,Zhang E G.Study on complex-locus vibration screen.Mining&Processing Equipment,1998(1):4246.3Hao F Y.Coal Preparation Manual:Technology and Equipment.Beijing:China Coal Industry Publishing House,1993.4Yan F.Screening Machines.Beijing:China Coal Indus-try Publishing House,1995.5Liu C S,Zhao Y M.Study on nonlinear characteristics of single particle on screening surface.Mining&Processing Equipment,1999(1):45486Tao Y J,Luo Z F,Zhao Y M.Experimental research on desulfurization of fine coal using an enhanced centri- fugal gravity separator.Journal of China University ofMining&Technology,2006,16(4):399403.7Zhang E G.Screening,Crushing and Dewatering Equipments. 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Boston:American Society of Mechanical Engineers,1987:495500.变椭圆轨迹振动筛的动力学和筛选特性摘要:根据振动筛的理想运动特性,提出了变椭圆轨迹的振动筛。根据所需的结构运动特性建立了一个精确的力学模型。应用多自由度振动理论,对振动筛的特性进行了分析。获得了线性的、圆形或椭圆形的运动轨迹振动筛的运动学参数。通过计算机模拟振动筛的运动动态方程得以有效的求解。通过理论计算求得振动筛上五个具体点的工艺参数,包括振幅、运动速度和抛掷指数。结果显示,新设计的振动筛的轨迹遵循理想的筛选运动。筛分效率及处理能力可能因此而得到有效改进。关键字:变椭圆轨迹;等厚筛分;动态模型;运动特性;筛分特性1前言筛分操作是一个重要的煤矿处理组成部分。振动筛是最广泛使用的筛选工具之一。振动筛,如直线振动筛、圆振动筛或椭圆振动筛,都有一个简单的平移运动。运动在振动筛上到处都遵循相同的路径,所以振动筛有恒定的运输速度和抛掷指数,从而导致低的筛分效率。增强抛掷指数来改善激振电机在工作中的较低的处理能力。在本文中,我们就一个基于等厚筛分理论的新的可变的运动轨迹振动筛的设计做报告34。振动筛的不同部分有着不同的椭圆运动轨迹,由此产生的运动与理想的运动轨迹相吻合。因此振动筛的处理能力和效率都可以得到改善。2振动筛表面的理想运动轨迹和变椭圆轨迹振动筛的建议2.1振动筛常见的筛选特性 振动筛通常工作在一个固定的振动强度。材料在筛面上抛掷、滚动或滑动运动。对于常见的筛网,物料颗粒在入料端广泛的分布。振动筛给予物料颗粒的能量被大量的浪费。因此,大量的颗粒只在入料端附近很短的一段距离里分层。材料进入振动筛在第一个1/4到1/2的筛体,它影响筛选并降低加工能力5。细质级材料的减少,导致粒子的比例接近或大于网格增加的大小。因此,筛选效率急剧下降。物料粒度同时统一的,从振动源给予物料的能量损失很小。因而物料粒子的振幅和速度增加。这导致了物料的垂直深度在入料端厚,而在出料端薄,进而影响了筛分效率和处理能力。常见的筛分特性如图1.2.2振动筛表面的理想运动和实施方案振动筛表面的理想运动描述如下,根据筛选过程的等厚筛分原则。振动筛的入料端有一个较大的抛掷指数和较高的材料传递速度,这使得大部分材料迅速渗透,导致快速分层。材料的快速分层增加细粒度的材料通过筛网的概率。振动筛有一个适当的抛掷指数和高一点材料传递速度的中间部分。这有利于稳定处理细粒度材料并沿着振动筛的长度方向穿过。靠近出料端较低的抛掷指数和材料递送速度导致材料在振动筛上停留更长的时间并完成更细致的筛分。有两种方法目前用于提高筛选效率78。第一种方法是材料从多个入料口添加到振动筛上。这在实际应用是麻烦的尤其是在控制粒状材料不同的分布这方面。因此,这很少用于实际生产。第二种方法是采用新的筛选设备,例如一个等厚振动筛。新的振动筛的表面运动使材料保持相同,或者增加厚度。它达到一个更理想的运动。等厚振动筛的主要问题是,它涵盖了一个更大的区域,结构复杂,难以维护。一个结构简单切具有良好的筛选效率的振动筛仍然是必需的。我们设计了一个基于理想振动筛运动轨迹的新的变椭圆轨迹振动筛用于原煤分类。振动筛的大小为3.6 m7.5 m,进料粒度是0到50毫米和分类粒度是6毫米。椭圆轨迹振动筛结合了圆轨迹振动筛和直线振动筛两者的基本优势910。确切地说,椭圆轨迹的长轴决定材料的运送速度,短轴影响材料的松散程度。3 变椭圆轨迹振动筛的动力学模型分析我们使激振力偏离中心,来改变新的振动筛的运动模式。隔振弹簧的刚度矩阵并不是零,在这种情况下,振动系统有多个自由度。小的横向摇摆被忽略来简化研究。运动被认为是一个刚性梁的纵向对称平面上的线性振动。在每个点的振动是平移重心和振动筛重心的结合。先前的研究忽略了振动筛水平方向上的弹性力与竖直方向上的摆动3,11。由三个耦合垂直、水平和摆动方向自由度的微分方程组成一个精确的动态模型。图2 振动筛的数学模型振动筛的数学模型如图2所示。重心被作为一个静力平衡直角坐标系的原点,与平面上的刚体运动相一致12。使用重心坐标(x,y)和摆动倾斜角在义坐标联立微分方程可以写成:式中M是振动筛的质量相对于重心的惯性矩,x和y表示在x方向和y方向上的位移,和表示x方向和y方向的速度,和表示在x方向和y方向的加速度,为振动角位移,是安装倾角,和表示在x方向和y方向的阻尼系数,和为x方向和y方向的支撑弹簧的刚度,是激振力的振幅,可通过求得,r是偏心块偏心半径,m是偏心块的质量,是激振力的角频率,和为每个支撑弹簧和重心间的距离,l为偏心块和中心间的距离,为l和x方向的夹角。阻尼力很小,可以忽略不计。然后,式(1)可以简化成式(2)。4变椭圆轨迹振动筛的运动和筛选的效果分析4.1运动参数的分析运用多自由度振动理论来找到一个强迫振动的稳定解13,如下:当,D点的轨迹是一条直线。当E=S,C=HS时,D点的轨迹是圆。一般来说,式(6)表示椭圆面在直角坐标系的方程。XOY坐标系以角速度逆时针旋转从而给定一个新的坐标系。在消除后可得一个标准的椭圆公式(7)。由此我们可知振动筛上的点在做直线或圆轨迹运动的时候,其他一些点在做椭圆轨迹运动。只要将偏心块旋转中心的相对位置和重心适当调整,就可以获得振动筛上的变椭圆轨迹运动。这提供了一个合理的抛掷指数和材料传递速度并提高筛分效率的方法。4.2 运动轨迹和筛分效率分析一个就振动筛而言的振动系统的稳定解,可以由下式给出: 在振动筛上任一点的运动方程为公式(8)表示重心的痕迹近似圆形,水平和垂直方向的振幅在3.5mm 和5mm之间。图 3表示如重心的移动存在三个自由度。图3水平和垂直方向的相位差和摆角的振幅一样。5 结论1)根据筛选过程的等厚筛分原则提出了一种新的变椭圆轨迹振动筛分运动。振动筛上不同的点有不同的椭圆轨迹,运动模式与理想的筛面运动特征很好的吻合。因此,筛选能力和处理效率可以增加。2)振动筛的运动分析理论是研究各种不同的参数是如何影响振动筛的动作的。由此获得直线、圆形或椭圆形轨迹的振动筛的运动学参数线性。3)整个振动筛的运动轨迹通过计算机模拟获得。筛分技术参数包括振幅, 速度和抛掷指数,由沿振动筛表面的五个特定点计算。这些参数与筛选效率相关。结果表明,设计振动筛的运动模式符合理想的筛选运动,设计能够有效地提高筛选效率。4)励磁机轴中心相对振动筛的重心的位置,对高效的筛选的极为重要的。因此,我们可以通过调整轴中心的相对位置设计一个具有更高的处理能力而又不会增加功耗的振动筛。这是一个需要进一步研究的点。参考文献1 Wen B C,Liu F Q.振动的理论与应用机器.北京:中国机械出版,19822 Gu Q B,Zhang E G.复杂轨迹振动筛研究. 1998(1):42463 Hao F Y.煤制备手册:技术设备.北京:中国煤炭行业出版社,19934 Yan F.筛分机械.北京:中国煤炭行业出版社.19955 Liu C S,Zhao Y M.筛面上的非线性特性的研究. 矿物处理设备,1999(1):4548 6 Tao Y J,Luo Z F,Zhao Y M.在重力强力分离器使用方面的煤脱硫的实验研究.中国矿业与技术大学. 2006,16(4):3994037Zhang E G.筛分,粉碎,脱水设备.北京:中国煤工业出版社,19918 Khoury D L.煤清洁工艺.美国:诺易斯数据公司,19819 Shang N X,Na J F. 2TYA1842圆振动筛.矿业与加工设备,1990(2):202410 Ye H D.等厚圆筛分及其应用. 烧结和码垛, 1999,5(3):303311 Wen B C,Liu S Y,He Q.振动机械理论和动力学设计方法.北京:中国机械出版社,200112 Wang F,Wang H.筛分机械. 北京:中国机械出版社,2001 13 Ni Z H.振动力学.西安:西安交通大学出版社,198914 Zhu W B.复杂运动轨迹振动筛的工作原理和计算机仿真.矿业与加工设,2004(10):343615 Peder M.莫根深系列一种新型的筛分概念.矿物加工,1996,7(37):31131516 Wen B C.圆振动筛的自动同步理论.波士顿:美国机械工程协会,1987:495500.
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