1999年7月第15卷第3期沈　阳　建　筑　工　程　学　院　学　报Journal of Sheny ang A rch .and Civ .Eng .Inst .Jul . 1999Vol .15,No .3 收稿日期　1998-09-18第一作者:38岁,男,副教授,沈阳建筑工程学院基础部,沈阳,110015.振动筛结构强度研究的现状王正浩　范改燕摘　要　介绍振动筛在结构强度方面的研究概况及大型振动筛的发展情况,并对振动筛的发展方向提出看法.关键词　振动筛;结构强度;振动强度;有限元;中图法分类号　T D 452 本文在文献〔1〕的基础上,进一步阐述振动筛结构强度的研究现状.为提高振动筛性能,强化筛分过程,要求选择较大的振动强度.影响振动强度的因素有振动频率和振幅.目前在国外,有些振动筛的振动频率达1500r /min ,振幅的选择也比以前有了提高,双振幅可达12～14mm .美国有的振动筛振动频率选为800r /min ,双振幅选为16mm .由于频率和振幅的提高,大大强化了筛分过程,有效地提高了振动筛性能.但是,由于筛分过程的强化,影响到振动筛使用寿命,所以振动筛承载能力问题日趋突出.我国振动筛使用寿命一般为3～5年,德国和波兰等国一般为5～8年,美国为5年以上,原苏联规定第一次大修前,使用时间为14000～18000h 〔2〕.1　大型振动筛的发展为了提高综合经济效益,较大型的选煤厂、选矿厂、采石厂等的建设项目日益增多,因此,发展较大型振动筛提高处理能力是今后努力的目标之一〔3〕.德国在发展中小型振动筛的基础上,研制了规格为5.5m ×10m ,筛分面积达55m 2的大型振动筛;SCHENCK 公司制造了规格为4m ×8.5m ,筛分面积为34m 2,处理能力达800m 3/h 的振动筛;日本研制的H LW 型号振动筛,最大规格为3.6m ×7.5m ,筛分面积为27m 2.还研制了4m ×9.5m ,面积为38m 2的直线振动筛;美国研制了3.7m ×7.3m ,面积为27m 2的直线振动筛,入料粒度可达1m ,属特重型振动筛.〔4〕我国自行设计或引进技术生产制造的不同型号较大型振动筛有:YZ1548圆振动筛,面积为7.25m 2;YK2160圆振动筛,面积为12.6m 2,处理能力可达720m 3/h ;YAH 2460圆振动筛(引进美国R ·S 公司技术),面积为14.4m 2,处理能力可达1500t /h ;ZDM 2556圆振动筛,面积为14m 2;DDM2056圆振动筛,面积为11m 2,处理能力可达1100t /h ;USK3.60×6.00圆振动筛(引进德国KHD 公司技术),面积为21.6m 2;DF2160等厚筛,面积为12.6m 2;ZS2160直线振动筛,面积为12.6m 2;ZKX2460直线振动筛(引进美国R ·S 公司技术),面积为14m 2;ZK3675直线振动筛(引进日本神户制钢技术),面积为27m 2;USL4.50×6.50直线振动筛(引进德国KHD 公司技术),面积为27m 2,处理能力可达1080t /h ;ZSM2065直线振动筛,面积为13m 2;S LZ4090冷矿筛,面积为36m 2,处理能力为540t /h ;LZ3090冷矿筛,面积为27m 2;LZX3070冷矿筛,面积为21m 2;SL3090冷矿筛,面积为27m 2;HR3175热矿筛,面积为18.7m 2〔2,5〕.2　振动筛强度研究概况发展大型振动筛,提高处理能力,强化筛分过程的关键问题之一就是振动筛结构强度问题,影响振动筛寿命的因素很多;振动筛振动强度、结构尺寸和形状,零部件所用材料和制造工艺、物料特性及作业环境等.由于振动筛在较高振动频率下工作,筛箱不仅承受被筛分物料的重量,而且还要承受很大的激振力,因此筛箱的结构要牢固,不但要有足够的强度,还要有足够的整体刚度,使筛箱不致发生变形而损坏.对于大面积的振动筛,这个问题尤为重要〔6〕.侧板和横梁是筛箱的主要受力构件,所以振动筛筛箱的强度问题主要是侧板和横梁的强度.关于大型振动筛横梁断裂和侧板产生裂纹疲劳破坏及扭曲,人们已经进行了不懈的研究.〔7～10〕1975年,韩二中教授首先用结构力学的方法对共振筛的横梁进行了强度分析〔11〕,给出了横梁工作时的内力分布,确定出横梁受力最大的位置,但由于计算条件的限制,只能对横梁作等效的静强度分析.随着计算机的应用,有限元法成为结构力学中十分重要的方法,用有限元法计算筛箱强度,可以减少古典结构力学方法所做的过多的假设和限制,更能反映实际情况,可以得到较为精确的计算结果.在有限元法的分析计算中,计算单元刚度矩阵和组装总体刚度矩阵是主要问题.振动筛结构的有限元计算模型一般是采用板单元、梁单元和边界元的组合,因为在按照相应节点把各单元拼接成原来结构时,各单元对同一个节点都有它自己的贡献〔12〕.韩二中教授使用有限元法对筛箱进行了静、动强度的计算,探讨了改变触头座外伸尺寸及筛箱对角主弹簧间隙过大时对筛箱内力的影响.同时指出:实测中出现的工作频率的高次谐波效应,是由于主弹簧的非线性引起的,在计算中乘以非线性动载系数,可以弥补线性静力计算的不足,他不仅提出了按动态计算分析进行结构的设计是振动筛设计的发展方向,而且对振动筛的设计和安装提出了有价值的参数.由于共振筛维修和调整麻烦,目前已很少在现场使用,而惯性振动筛得到广泛应用,但大型惯性振动筛的结构强度还存在很多问题.由于惯性振动筛以惯性激振器激振,激振力往往高达几十吨,受力情况与共振筛不同.一些学者对惯性振动筛筛箱强度问题做了不少的研究工作.日本学者对日本生产的宽4m ,长12m ,筛分面积为48m 2的大型惯性振动筛进行了强度分析.利用KASTAN 软件分析得出结论〔13〕:振动筛达到预定转速时,构件无共振点,构件应力值也未发现较大跳动并与实测结果基本吻合,从而肯定了振动筛在筛分作业时是安全可靠的.韩二中教授利用自编程序对规格为2.1m ×6.3m 的直线惯性振动筛的筛箱也进行了强279第3期王正浩等:振动筛结构强度研究的现状 度分析〔14〕,指出该振动筛大部分横梁满足强度要求,只是排料端梁和槽钢梁强度不足,并提出了改进方案,使振动筛强度问题基本上得到解决.由国外引进的某大型冷矿筛框架横梁均采用工字型断面结构,在不足2年时间内,横梁出现裂纹及断裂现象〔15〕.通过对工字型截面及矩形截面横梁力学性能的对比及实例计算,证实了工字型截面梁是不合理截面梁,充分肯定了矩形截面梁的合理性.某惯性振动筛使用寿命只有2年左右,出现的主要问题是〔15〕:筛框易损坏,横梁和侧板断裂;铆钉松动造成框架损坏;金属弹簧刚度不一致,使用中左右侧弹簧变形不等而使筛箱扭歪,受力不均造成筛框损坏.筛框使用寿命短的主要原因是:筛框的底框架结构是由压紧梁、角钢和钢板组成.200多个型钢零件和底框架通过45个主要结点,598个铆钉连接,组合而成为筛框.由于结构复杂,局部不可靠的概率也相应增加,由于铆钉联接产生失效或一部分铆钉变形或松动使应力分布不均,在振动负荷作用下逐渐产生主要零件横梁和侧板等疲劳断裂,使筛框报废.由于无缝钢管在各方向的惯性矩相同,受力状态比用槽钢横梁好,所以采用无缝钢管横梁代替槽钢横梁可以有效地避免横梁断裂.为防止铆钉松动,采用环槽铆钉联接和高强度螺栓联接.环槽铆钉联接是一种新型的不可拆联接,特点是联接强度高、防松性能好、工艺简单和操作方便.高强度螺栓联接是一种摩擦型联接,特点是联接牢固、承载能力大及联接技术简单.由于20g 锅炉钢板在常温下冲击韧性和应变时效冲击韧性好,所以用20g 锅炉钢板代替A3钢板,可以防止侧板疲劳断裂.分析振动筛结构强度也通常使用线弹性结构分析软件如SAP5P 和MAS 等.用这些软件分析表明:振动筛侧板上部折边和下部折边中部、侧板与加强梁连接处、排料梁和给料梁中部的应力较大,增加筛箱纵向刚度比增加横向刚度可以更有效地提高筛箱整体刚度,防止变形过大,避免强度不够.〔16～19〕3　结束语解决振动筛结构强度问题是发展大型振动筛、强化筛分过程、提高处理能力的关键.在振动筛各种零部件当中,筛箱是最重要的部件,它的损坏形式一般是侧板和横梁的疲劳断裂.疲劳断裂发生的原因可以是:应力过大、应力集中、存在高次应力谐波、材料选择不合理、结构形式不合理、断面形状和尺寸选择不恰当等等.另外侧板与横梁的联接方式、筛网的固定方法等对结构强度也有较大的影响.为提高振动筛结构强度:侧板宜选用耐冲击抗疲劳断裂的20g 锅炉钢或16M n ;横梁截面宜选用圆形或矩形截面;联接件应采用环槽铆钉和高强度螺栓.用有限元法(FEM )分析振动筛结构强度是可行的,由于振动筛在筛分作业过程中,筛箱一直受到物料的冲击,而这种冲击的能量比较集中,频率分布也比较宽广,经常能够激发筛箱的很多阶弹性体振动,从而增加了筛箱的动应力.所以物料对筛箱的冲击作用影响到振动筛结构强度,应该引起重视.突破传统的振动筛设计模式,设计出新结构的振动筛,从根本上解决振动筛结构强度问题,例如无侧板振动筛等等,〔20～23〕是今后振动筛发展方向之一.280 沈　阳　建　筑　工　程　学　院　学　报第15卷参　考　文　献1　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,1999,15(1):77～812　王　峰,王　皓编著.筛分机械.北京:机械工业出版社,19983　王　峰.我国矿山振动技术及设备的新发展.矿山机械,1991,(4):24～274　曾本仁.国外筛分机的发展.矿山设计研究,1986,(2):10～145　陆　信.80年代筛分技术成就与发展.矿山机械,1991,(1):2～56　闻邦椿,刘风翘,刘　杰编著.振动筛、振动给料机、振动输送机的设计与调试.北京:化学工业出版社,19897　关立章.筛分机械横梁断面几何形状的分析.矿山机械,1983,(3):11～168　马连福,郝　坡.ZK 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,and proposes auther 's view s about the development .Keywords vibrating screens ;structure strength ;vibration strength ;finite elements 281第3期王正浩等:振动筛结构强度研究的现状 。