毕业设计论文振动筛设计.docx
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毕业设计论文振动筛设计
毕业设计（论文）-振动筛设计
摘要
对双轴直线振动筛进行分析从整体布局到个别零件的选用都进行了设计包括筛箱筛面的设计和固定激振器的形状支撑方案等等还包括轴偏心块等零件的设计采用双电机带动使得两个轴上的偏心块同步另一方面采用了座式结构淘汰了以往悬挂式的方式使得结构更加安全占地面积更小
本产品为生产能力为855th的中型振动筛对于筛框的材料有比较高的要求现采用高强度和高冲击韧性的钢材不仅仅提高了筛框的耐用度还减轻了整个结构的重量对弹簧的选则等许多方面也带来了很多的方便
设计中还包括对连接和固定件的选用采用十字轴联轴器和轮胎联轴器并用螺栓连接代替焊接减小了焊接时应力对它的影响
关键词振动筛激振器偏心块横梁
Abstract
ThisarticleiscarriedoutmainlyaccordingtothedesignofthetwoaxlevibratingseparatorsofstraightlinefromoveralllayoutgotoindividualelementchoosetogoonimprovingincludesiftingthedesignofcaseandcompassscreensurfaceandtheregularshapeofvibratorsupportthedesignofschemeandsoonstillincludethedesignoftheelementssuchasaxleandpartialpieceDrivewithdoublegeneratorpositivedrivemakestwopartialpiecessynchronoushasadoptedontheotherhandtousetypestructurehavesupersededthewayofformeroverheadsuspensionmakestructuremoresafeitislesstocoveranareaofarea
Thisdesignproducthashigherrequirementforthematerialofscreenframeforproductivityisthelargescalevibratingseparatorof80thhasnownotonlyraisedthedurabilityofscreenframewiththehigh-strengthandhighsteelmaterialofimpacttenacityhavestillalleviatedtheweightofentirestructureforspringchoosetohavealsobroughtmanyconveniences
Indesignstillincludeforconnectionandregularchoosingwiththedurableshaftcouplingofcrossaxlereplaceweldingwithboltconnectionitislittletoreduceweldingstressforitsinfluence
KeywordVibratingseparatorvibratorpartialpiecebeam
摘要I
AbstractII
第1章绪论1
11课题研究背景及意义1
13振动筛在国内外的发展现状3
14振动筛的工作原理分类及特点5
com振动筛的工作原理5
com直线振动筛的工作原理6
第2章总体方案的设计8
21振动筛方案的列举8
22方案分析8
23方案确定8
24振动筛各部分实现形式8
com筛箱8
com筛面11
com激振器14
com支撑形式与隔振装置15
第3章双轴直线振动筛的参数计算18
31振动筛上物料的运动分析和工艺参数的选择18
com直线振动面上的物料运动分析18
com工艺参数的选择23
32总体设计计算步骤24
com计算振动筛筛面面积24
com振动次数的计算25
com物料运动速度的计算25
com验算生产率26
com估算振动筛的重量26
com激振器偏心块的质量及其偏心距的确定26
com隔振弹簧刚度的确定27
com电动机的选择27
33橡胶弹簧的设计29
第4章激振器的设计32
41轴的计算与设计32
com初步估算轴的最小直径32
com轴的各段长度的直径设计32
com对轴的强度校核33
42轴承的计算与选择36
43密封件的设计计算36
44偏心块的设计与计算36
45联轴器的设计37
com联轴器的类型选择37
com规格的选择与计算38
46键的选择38
com轴与偏心块连接处键的选择与校核38
com轴与联轴器的连接处键的选择与校核38
第5章筛箱的结构设计39
51筛箱的结构39
52螺栓的强度校核40
53筛框横梁校核41
com横梁受力分析41
com横梁强度计算42
com横梁固有频率的验算42
结论43
致谢44
参考文献45
CONTENTS
AbstractI
Chapter1Introduction1
11Backgroundandsignificanceoftheresearch1
13Shakercurrentdevelopmentathomeandabroad3
14Shakerworksclassificationandcharacteristics5
comShakerworks5
comTheworkingprincipleoflinearvibratingscreen6
Chapter2Theoverallprogramdesign8
21Shakerprogramlist8
22ProjectAnalysis8
23Programtodetermine8
24Realizationofthevariouspartsofshaker8
comScreenBox8
comScreensurface11
comExciter14
comSupportformandisolationdevices15
Chapter3Dual-axislinearvibratingscreenparameteralculation18
31Shakeronthemovementofmaterialsandprocessselection18
comLinearvibrationanalysisofthesurface18
comSelectionProcessParameters23
32Designcalculationsteps24
comCalculationofshakerscreensurfacearea24
comCalculationofvibrationfrequency25
comCalculationofmaterialvelocity25
comCheckingproductivity26
comEstimatingtheweightofshaker26
comExciterandeccentricblockthequality26
comSpringstiffnessofisolation27
comMotorSelection27
33Thedesignofrubbersprings29
Chapter4Designexciter32
41CalculationandDesignofShaft32
comPreliminaryestimatesoftheminimumdiameterofshaft32
comDual-axislengthofthediameterofeachdesign32
comStressAnalysisontheaxis33
42Calculationandselectionofbearings36
43Designandcalculationofseals36
44Thedesignandcalculationeccentric36
45Designofcoupling37
comSelectthetypeofcoupling37
comSelectionandcalculationspecifications38
46KeySelection38
comShaftandeccentricchoiceofkeyjunctions38
comShaftandthecouplingselectionkeyjunction38
Chapter5Designsievebox39
51Thestructureofsievebox39
52Boltstrengthcheck40
53Checkofscreenboxbeams41
comBeamStressAnalysi41
comCalculationofbeamintensity42
comCheckingthenaturalfrequencyofbeam42
Conclusion40
Acknowledgement44
References45
第1章绪论
11课题研究背景及意义
随着工业的发展筛分在国民经济中应用越来越广泛在煤炭冶金化工医药轻工环保等许多部门筛分作业是重要的生产环节之一对于矿物加工行业如选矿场或选煤场大批筛分机械正担负者分级脱水脱泥脱介甚至按质量分选的艰巨任务就煤炭加工而言筛分技术也显得尤为重要筛分机械不仅用于生产粒度水分和灰分等指达标到用户要求的煤炭产品而且在实现煤炭资源的合理利用和保护环境及为煤炭企业创造经济效益等方面都发挥着重要的作用
本次设计的矿用同步直线振动筛由于其优良的工作特点振动强度大分选效果好结构简化噪音较低机器润滑和检修等日常维护工作减少设备的故障率降低创造了可观的经济效益因此进行同步直线振动筛的设计具有重大的现实与经济意义同时通过毕业设计让我学道了很多知识不但锻炼了独立思考的能力而且提高了自我的设计理念[1]
12振动筛的发展史
用筛分机把碎散物料筛分成不同的颗粒已经有悠久的历史从英国煤炭工业的文献记载在1589年提到煤的筛分为了向市场提供各种颗粒的商品煤广泛的对煤进行筛分是到19世纪下半业才盛行起来
固定筛是古老的筛分机当时有的固定筛用若干木条构成也叫棒筛后来出现了有传动机构的棒条筛这就是沿用至今的辊轴筛为满足工业生产的需要圆筒筛摇动筛和振动筛也先后问世[7]
与固定筛相比虽然辊轴筛圆筒筛和摇动筛的工作效率有较大的改善而且仍不失为结构简单和工作可靠但是却步能满足生产发展的需要因此早在60年代这些筛子在我国就开始被逐渐淘汰固定筛不消耗动力和非常简单可靠的结构仍具有很强的生命力目前仍大量用于初步筛分
振动筛采用抛射式筛分筛子每振动一次物料便被抛射一次相对筛面冲击一次被筛分物料的折中特点使得振动筛的筛分效率高生产能力大因此被广泛使用
在振动筛产生以后人们开始重视建立和发展筛分理论早期的筛分理论形成于50年代初它是以单个颗粒为研究对象而发展起来的一般称为单颗粒运动理论该理论系统的描述了振动筛对物料进行抛射式筛分时单个颗粒的运动情况进而提出了筛分机特性值即振动强度K和筛分特性值即抛射强度
经过长期实践人们发觉按照上述筛分理论设计的振动筛对细物料进行筛分时的生产能力太小遂意识到以单个颗粒物料的运动状态代表成群的物料运动状态具有交大的片面性随着研究工作的深入自1965年开始逐步建立起颗粒在筛面上的运动理论该理论以力群为研究对象根据物体在碰撞时传递能量的原理提出了筛面上整个料层中不同位置颗粒的速度变化规律突破了单颗料理论关于振动强度小于33的临界值在此基础上建立了薄层筛分法和变倾角筛分法研制出等厚振动筛
用统计学方法研究碎散物料在筛面上透筛概率称为概率筛分理论该理论是由瑞典的摩根森于1951年最先提出的故在该理论指导下设计的振动筛称为摩根森概率筛[8]
在力群运动理论的知道下近代振动筛的抛射强度和振动强度普遍提高如德国和美国直线振动筛K值达44有的甚至达67值达35以上振动概率筛K值达55～7弛张筛K值甚至达到30这些参数强化的振动筛适应了近代筛分作业的特点细粒物料增多水分和黏性增大以及筛分粒度下降和要求的分级脱水效率提高等
随着工业企业的发展和筛分机设计制造技术的进步自70年代以来世界上一些国家先后研制出了大型振动筛筛宽在36m以上的已不罕见如日本身刚所生产的振comcom产的振动筛宽达55m面积约为50振动筛大型化标志着筛分机技术已达到先进水平
零部件标准化通用化和产品系列化生产专业化是近代机械工业的重要标志筛分机械也不例外com产的USK圆振动筛和USL直线振动筛其激振器可以通用同一个筛框既可以装分级筛面也可装脱水筛面又如美国振动筛其基形已经稳定主要力量放在改进结构简化制造和应用新技术的方面有的筛子除激振器外筛框也作成单体结构可以在现场组装极大地方便了制造运输和维修
前苏联早在60年代中期就组织了筛分机产品整顿统一基型减少杂乱型号在此基础上提高产品的系列化程度国外许多筛分机械公司都是科研设计制造和销售的联合体专业化程度高产品继承性好经过多年改进使产品逐步完善和提高[9]
13振动筛在国内外的发展现状
建国50多年来我国的筛分设备走过了一个从无到有从小到大从落后到先进的发展过程前后经历了测绘仿制自行研制和引进提高3个阶段
1仿制阶段上世纪50年代我国的筛分设备极为落后生产上使用的都是从前苏联引进的TYII型圆振动筛波兰的Wp1型和Wp2型吊式直线振动筛为适应生产的发展国内各个制造单位通过对以上几种进口筛机进行测绘仿制形成了国产型号为SZZ系列的自定中心筛SZ系列的惯性筛和SSZ系列的直线筛等初步奠定了我国筛分机械的基础
2自行研制阶段1967年由洛阳矿山机械研究所鞍山矿山机械厂北京煤矿设计院沈阳煤矿设计院平顶山选煤设计研究院组成了联合设计组制定了我国第一个煤用单双轴振动筛系列型谱并进行了ZDMDDM系列单轴振动筛和ZSMDSM系列双轴振动筛的产品设计工作1980年鞍矿厂完成了这四种基型筛的制造并通过了技术鉴定在工业上得到了广泛的应用这标志着我国筛分机械走上了自行研制发展的道路
3引进提高阶段上世纪80年代以来冶金和煤炭系统不断从国外引进先进的振动筛产品在煤炭行业山东兖州矿务局兴隆庄选煤厂引进了美国RS公司的TI倾斜筛和TH水平筛河北开滦矿务局各庄选煤厂引进了德国KHD公司制造的USK圆振动筛USL直线振动筛山西矿务局选煤厂和淮北矿务局临涣选煤厂从日本神户制钢所引进的HLW型直线振动筛等这些筛机技术参数先进结构合理工作平稳可靠耐用基本上代表了20世纪70年代国际振动筛的技术水平在引进筛机产品的同时国内生产振动筛的专业厂鞍矿厂先后派谴专业技术人员去美国和德国进行技术考察并进行技术引进1980年鞍矿厂从美国RS公司引进TI和TH型振动筛制造技术转化为国内型号定为YA系列圆振动筛和ZKX系列直线振动筛在国内得到广泛应用此外1986年洛矿厂也从日本神户制钢所引进了HLW型振动筛制造技术转化后国内型号定为ZK系列振动筛该筛结构紧凑重量轻最大规格的筛分面积达27m2是当时国内最大的直线振动筛国外振动筛产品和制造技术的引进拓宽了我国筛分机械设计制造人员视野他们从中了解和学习到了先进国家设计制造振动筛的理论方法设计技术制造工艺生产管理业务水平也大大提高普通振动筛是采用中等料层厚度筛分法进行筛分然而随着筛分技术的发展新的筛分理论不断出现相应生产出新的筛分设备
于此同时我国筛分机械的制造水平也有了很大的提高对以往工程中常用的振动筛大都采用单质体集中质量力学模型对有二次隔振功能的振动筛和弹性连杆式振动筛通常采用双质体集中质量力学模型目前一般采用刚性平板力学模型进行解析求解研究振动筛结构强度刚度和各阶固有模态时也采用连续体力学模型对于大型振动筛结构的弹性体力学模型目前大都采用离散化数值方法例如有限元模态分析法从发展的趋势看振动筛的减振是利用继电器控制和单板计算机控制共振振幅用继电器控制虽然减振效果好但线路复杂调试困难线圈容易出现故障所以目前应用受到制如果用单板计算机控制实验表明可以限制共振振幅为正常工作时振幅的115倍以内国内外一般采用激振电机但由于激振电机与筛箱一起振动所以要求电机具有较高的耐振性能
目前我国筛分机械的生产已形成较大规模主要生产厂家有30多个可供应200多个品种年累计产量2000台左右产值近亿元基本上满足了各部门对筛分机械的要求
14振动筛的工作原理分类及特点
com振动筛的工作原理
将颗粒大小不同的碎散物料群多次通过均匀布孔的单层或多层筛面分成若干不同级别的过程成为筛分理论上大于筛孔的颗粒留在筛面上称为该筛面的筛上物小于筛孔的颗粒透过筛孔称为该筛面的筛下物
碎散物料的筛分过程可以看作由两个阶段组成一是小于筛孔尺寸的细颗粒通过粗颗粒所组成的物料层到达筛面二是细颗粒透过筛孔要想完成上述两个过程必须具备最基本的条件就是物料和筛面之间要存在着相对运动为此筛箱应具有适当的运动特性一方面使筛面上的物料层成为松散状态另一方面使堵在筛孔上的粗颗粒闪开保持细颗粒透筛之路畅通
实际的筛分过程是大量粒度大小不同粗细混杂的碎散物料进入筛面后只有一部分颗粒与筛面接触而在接触筛面的这部分物料中不全是小于筛孔的细粒大部分小于筛孔尺寸的颗粒分布在整个料层的各处由于筛箱的振动筛上物料层被松散使大颗粒本来就存在的间隙被进一步扩大小颗粒乘机穿过间隙转移到下层或运输机上由于小颗粒间隙小大颗粒并不能穿过因此大颗粒在运动中位置不断升高于是原来杂乱无章排列的颗粒群发生了分离即按颗粒大小进行了分层形成了小颗粒在下粗颗粒居上的排列规则到达筛面的细颗粒小于筛孔者透筛最终实现了粗细粒分离完成筛分过程然而充分的分离是没有的在筛分时一般都有一部分筛下物留在筛上物中
细粒透筛时虽然颗粒都小于筛孔但它们透筛的难易程度不同和筛孔相比颗粒越易和筛孔尺寸相近的颗粒透筛就较难透过筛面下层的颗粒间隙就更难
振动筛一般分为三大类为圆运动振动筛直线运动振动筛和共振筛
com直线振动筛的工作原理
直线振动筛是采用惯性激振器来产生振动的其振源有电动机带动激振器激振器有两个轴每个轴有一个偏心重而且以相反的方向旋转又称双轴振动筛当两个偏心重的圆盘转动时两个偏心重产生的离心力F在x轴的分量总是抵消在y轴的分量相加其结果在y轴方向产生一个往复的激振力使筛箱在y轴方向上产生往复的直线轨迹振动如图1-1
还有一种情况是振源采用的是振动电机这时需要布置两台他们的轴线方向必须与振动筛纵向轴线方向一致两台振动电机对称布置在筛箱的上方下部和两侧均可以
1-1
式中不平衡重的质量和单位为
不平衡重块所产生的激振力单位为N
转动时间单位为s
不平衡重质心回转半径单位为m
图1-1振动筛原理图
不平衡重的回转角速度单位为rads
在振动方向上的激振力单位为N
每个偏心块的质量单位为
由上式可见双轴惯性激振器当作同步反向回转的时候产生定向的简谐力此力通过筛箱的质心使筛箱作定向往复直线振动
直线振动筛的筛面倾角通常在以内筛面的振动振动角度一般为筛面在激振器的作用下作直线往复运动颗粒在筛面的振动下产生抛射与回落从而使物料在筛面的振动过程中不断向前运动物料的抛射与下落都对筛面有冲击致使小于筛孔的颗粒被筛选分离筛子的筛分效率及生产能力同筛面的倾角筛面的振动角度物料的抛射系数有关为了保证筛分效率高筛子的生产能力大必须选择合适的值
第2章总体方案的设计
21振动筛方案的列举
本次设计的直线振动筛用于煤的初步筛分振动频率为筛孔尺寸为生产率为受振动筛工作条件的要求确定两种设计方案
方案一ZKX型直线振动筛如图2-1
图2-1ZKX型直线振动筛
方案二ZKB型直线振动筛如图2-2
22方案分析
ZKB型直线振动筛是采用双电机驱动同步传动主振动弹簧为橡胶弹簧电机经轮胎式联轴器从筛箱侧直接带动两主轴转动传动结构简单维修方便运转中不产生较强的噪声和振动故障相对少些维修量小
ZKX型直线振动筛主振弹簧为圆柱形螺旋弹簧采用箱式激振器单电机齿轮强迫传动运转中容易产生因加工装配方面存在误差而引发较强的噪
图2-2ZKB型直线振动筛
声和振动同时由于激振箱内使用稀油润滑回转轴的密封要求比较高安装技术要求也较高维修质量难以保证
ZKB型振动筛常见故障轮胎式联轴器的胶皮损坏主振橡胶弹簧易坏
ZKX型振动筛常见故障噪声严重筛箱后箱板筛板下面的底梁振裂电动机轴断裂电动机经常烧坏电机底座螺栓被振断电机支撑架断裂激振器传动齿轮及轴承易损坏主振弹簧折断运转时还会出现跑料现象
23方案确定
综合上述两种方案ZKB型振动筛是采用双电机驱动同步传动主振动弹簧为橡胶弹簧选用块偏心式激振器万向传动轴等先进高可靠性部件筛箱结构设计合理具有整体刚度大参数选择合理维护方便筛分效率高运转中不产生较强的噪声和振动等优点所以采用ZKB型直线振动筛
24振动筛各部分实现形式
com筛箱
筛箱是筛子的承载部件由筛框及固定在它上面的筛面组成它是由侧板横撑加强板和横梁组合而成侧板是用钢板制成利用横梁将两块连接起来使筛框成整体结构侧板用以传递激振力激振器用螺栓连接在测板上为了加强侧板的刚度在测板两侧采用厚的钢板
图2-3振动筛简图
侧板和横梁是筛框主要的受力部件由于筛箱是借助侧板支承所以侧板承受着物料和筛箱的重量并将激振力传递到筛框的各部分横梁承受筛板和物料的重量及它在工作中的惯性力横梁可以采用工字钢无缝钢管箱型梁和压型梁等几种采用槽钢作横梁由于梁的弯矩和长度平方成正比所以从强度观点来看筛箱的宽度不宜过大目前一般的筛箱很少大于25m
1筛箱部件的连接
筛箱的部件给料槽横梁和横撑原来是焊接在筛帮上的但是这种焊接结构易产生局部应力集中在工作一定时间后常常导致破裂近年来为提高承载能力都改用铆钉或螺栓连接
2筛箱的支撑
筛子安装方式取决于现场的条件或是架在机座上或是悬吊在承重结构上目前座式筛子占多数因为这种支撑方式比较简单对厂房的高度要求较低对筛子也没有特殊的安全要求但是要传给地基一定的水平力和垂直力
3筛框的材质
我国目前一般采用A3碳素钢这种材料的
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