周军毕业设计开题报告【2013-03-25】资料

1、 中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：周军学 号：0902034316学 院、系：机械工程与自动化学院 过程控制系专 业：过程装备与控制工程设 计 题 目：煤粉制样筛分装置设计及粒径分级研究指导教师:闫宏伟 （副教授） 2013年03月25日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一、题目：煤粉制样筛分装置设计及粒径分级研究二、课题研究的背景和意义 筛分作业是将松散的混合物料通过单层或多层筛面的筛孔，按照粒度将其分成两种或若干种不同粒级产品的过程。筛分机械的发展，经历了固定筛滚轴筛滚筒筛摇动筛共振筛振动筛这样

2、一个发展过程。从煤炭加工行业来说，早在16世纪中叶，英国就有关于煤炭筛分的相关文献。到19世纪下半叶，为了适应市场的需求，对商品煤的粒度分级有了更高的要求，因此煤炭筛分分级盛行起来。20世纪40年代出现了最初的圆振动筛，在其基础上产生了直线振动筛，随着振动筛的出现，标志着现代筛分技术进入了一个新的发展阶段12。20世纪50年代又出现了共振筛，兴盛了一时又很快衰落，矿物筛分的主力军还是振动筛。由于振动筛分机处理量大，筛分效率高，结构简单，工作可靠，成本低等优势，在所有筛分设备中，占有绝对优势，其占有量约为95。目前已广泛运用于采矿、冶金、煤炭、石油化工、水利电力、轻工、建筑、交通运输和铁道等工业

3、部门中,用以完成各种不同的工艺过程317。全球每年都有数百亿吨的粒状物料要经过筛分处理，仅在我国，每年经过筛分作业处理的煤炭就有十几亿吨。振动筛之前的机型因不能满足生产发展的需要，已逐渐被淘汰，振动筛凭借其较高的筛分效率和较大的生产能力被广泛使用，并得到了迅速发展。振动筛在筛分行业占绝对优势，在实际生产过程中同时受到激振力、物料反作用力以及隔振系统反作用力的影响57，主要结构的零部件长时间承受着恶劣的交变载荷。通过对筛分过程进行深入的理论研究1011，以此为基础确定筛分机的最佳运动学参数1215，寻找提高振动筛使用寿命和工作稳定性的措施，使用更合适的分析方法和分析手段对振动设备进行基于动力学特

4、性的优化设计824。从而提高筛分效率，降低能耗，延长筛分机，使用寿命，促进筛分机械设计的改进、优化及新型筛分机械的研制9。因此对振动筛的参数优化分析和结构设计有重要的意义202122。三、国内筛分机的发展研究现状与发展趋势3.1 从筛分机的理论现状来筛分的方法可分为普通筛分法、薄层筛分法、概率筛分法、厚层筛分法和概率等厚筛分法。振动筛分设备动力学研究主要是运用振动理论来进行分析的1920, 包括线性振动和非线性振动两大类。线性振动筛包括共振筛和远离共振区的贯性振动筛两种筛分设备。非线性振动理论主要用于大型非线性共振筛, 由于其能耗低以及检修时需要的空间小等特点, 而具有一定的优势。为保证在一定

5、的筛分效率下筛分机要获得较高的单位面积处理能力, 很大程度上取决于筛面的运动轨迹16。在筛分机的发展过程中，筛面的运动的轨迹筛面运动轨迹从一条直线发展到多种曲线, 从线性演变到非线性,从平面曲线到空间复杂曲线等，以适应各种被筛物料的特性要求。3.2 从筛分机的发展现状我国筛分机械的制造开展主要经历了三个阶段：仿制阶段：新中国解放前后，我国的振动筛分机械主要引进模仿前苏联技术，仿制苏联设计制造的TY11型圆振动筛、波兰的wp1型和wp2型吊式振动筛等。这些筛分机械的仿制成功，即满足了国内的生产需求，也培育了一批技能人员为我国筛分机械的开展奠基了坚实的根底。自行研制阶段：从1966年到1980年研

6、制了一批性能优良的新型筛分设备，1500 mm×3000mm重型振动筛及系列，15m2、30m2 共振筛及系列等。这些设备虽然存在着故障较多、寿命较短的问题，但是它们的研制成功基本上满足了国内需要，标志着我国筛分机走上了独立发展的道路。引进、消化、提高阶段：进入改革开放的80代，我国经济高速开展，科学技能以及加工制造精度的不断进步，振动筛分机械的研发技术提高，成功研制了振动概率筛系列、旋转概率筛系列，完成了重型冷热矿筛系列、弛张筛、螺旋三段筛等的研制，一些关键技术相应突破，尤其是重型，大功率振动电机的问世，更是推进我国振动机械设备行业向国际先进行列迈进。3.3 从筛分机的制造现状振动

7、筛分机械是利用振动的多孔工作面，将颗粒大小不同的混合物料按粒度进行分级，也常用于物料的脱水及清洗物料表面的污泥。它一般安装在给料设备的下边，给料机应均匀地供料。振动筛种类繁多，一般有以下几类。3.3.1 惯性振动筛惯性振动筛是借高速回转着的不平衡重产生离心力使筛箱振动，从而筛面上物料层松散使细粒级通过筛孔排出。近年来由于惯性振动筛性能较好、结构和维护工作都较简单，在选煤、选矿厂得到推广应用，受到各国重视，尤其是直线振动筛发展很快。主要包括圆运动振动筛和直线振动筛。（1）圆运动振动筛是利用不平衡重激振器使筛箱振动的筛子，其运动轨迹一般为圆形。圆运动振动筛分为单轴惯性振动筛和自定中心振动筛两种。单

8、轴惯性振动筛特点是激振器的轴和皮带轮参与振动，自定中心振动筛优点是运转时三角皮带轮不与筛箱一起振动，故传动皮带寿命较长，工作较稳定。（2）直线振动筛是靠两根带不平衡重的轴作同步异向旋转而产生振动的筛子。其筛面呈水平或倾斜安装，运动轨迹一般为直线，故称之为直线振动筛或水平振动筛。由于筛箱运动过程中有较大的加速度，所以特别适合于煤炭的脱水、脱泥、脱介以及物料的分级。3.3.2 共振筛共振筛从50 年代应用于煤炭和矿石中，其振动系统是在接近共振区的条件下工作的，即筛子的工作频率接近它的自振频率。它既可用作煤和矿的预先筛分和最终筛分，也可以脱水、脱泥和脱介。共振筛利用了共振原理，具有下列特点：在共振频

9、率附近，使用较小的激振力来驱动较大面积的筛箱；可以节省传动系统的功率消耗，并减少轴承等机件的受力；利用了非线性振动系统，筛子的瞬时加速度大，对分级、脱水等作业有益。但由于其在安装上要求高，技术上比较复杂，共振筛的发展较缓慢。3.3.3 其它类型的振动筛(1)等厚筛 我国现有的ZD型直线等厚筛系列，有7种基本规格，总筛分效率一般在85%以上。ZD系列等厚筛适用于需要精确分级的煤炭及类似比重物料的干湿式筛分，处理量较大，筛分深度可至6毫米。(2)研制摩根森筛：瑞典创制的摩根森筛是以概率论为原理的新型筛分机，适合于筛分水分大和难筛分的细粒级物料。它是由一个悬挂在弹簧上的筛箱和一组多层的倾斜筛板以及两

10、个不平衡重激振器。(3)概率筛分机 概率筛分机通过采用大筛孔、大倾角和多层筛面结构，使物料近似筛分而提高筛机处理能力和干式筛分的深度。(4)电磁振动旋流筛 电磁振动旋流筛是一种结构简单的高效脱水脱泥设备。该筛无转动部件，无需润滑，不需动力，不仅用于选煤厂，还可推广用作污水处理和选矿厂及其它类似物料的脱水脱泥和分级设备3。3.4 从筛分机的发展状况在目前的发展过程中有以下几点是要注意的：一是集成计算机设计的成果, 包括动力学分析、参数计算、强度计算、三维绘图、模拟装配和仿真运行等程序14, 形成系统软件包；利用复合仿真试验技术, 深入研究新的筛分理论技术。二是创造出新型的振动筛分设备。研究与探讨

11、在重力、浮力、离心力、电磁力、振动力复合作用下的新筛分理论与技术1325, 研究出适合各种条件各种物料的新型筛分装置, 以满足新的生产工艺要求。三是加强环保理念, 注重振动筛的降噪和防尘设计与制造, 在节能、节水和循环经济发展的领域寻找振动筛分的新用途和新市场4。总的来说振动筛呈以下发展趋势18：(1)应用等厚筛分法：这种筛分法的特点是，不管入料中小于筛孔的颗粒所占百分比如何，在筛分过程中筛上物粒层的厚度保持不变或递增；而采用普通筛分法时，筛上物料层厚度却是递减的。普通筛分法平均单位筛面透筛能力仅是筛面实际透筛能力的25左右。而等厚筛分法，小颗粒和筛面接触的概率大大增加，平均单位筛面透筛能力约

12、为筛面实际透筛能力的80。(2)向标准化、系列化、通用化发展：这是便于设计，组织专业化生产、保证质量和降低成本的途径。包括筛机品种、振动器、筛框侧板及筛板传动轴等设备的三化非常有必要这样使我国的筛分设备又好又快发展6。(3)现代化：包括设计的现代化和制造的现代化。有限元应力分析161923，专门的设计程序，先进的测试手段已运用到振动筛设计中来。参考文献:1 焦红光振动筛分过程解析北京：煤炭工业出版社，20082 J. Li, C. Web, S. PandiellaDiscrete particle motion on sieves-a numerical study using the DE

13、M simulationPowder Technology，2001，133：190-2023 郭年琴，匡永江振动筛国内外研究现状及发展技术与装备，2009，5：26-274 段志善，郭宝良我国振动筛分设备的现状与发展方向矿山机城，2009，39(4)：1-45 Jolene MilisavljevicMathematical models behavior of vibrating sieved with and without electric motor with imbalanceBelgrade，2000，6：16-186 陆信，张德生，周峰等筛分机械的新发展2010全国筛分技术会议

14、论文集，沈阳：中国煤炭加工利用协会，2011：387 Tomasz Szymanski, Pieter WodzinskiScreening on a screen with a vibrating sievePhysicochemical Problems of Mineral Processing，2003，37：27-368 李文英大型振动筛动力学分析及动态设计博士学位论文.山西太原：太原理工大学，20049 王桂锋振动筛筛分研究及优化设计硕士学位论文. 福建省泉州市：华侨大学，200910 赵跃民，刘初升干法筛分理论及应用北京：科学出版社，19991-3411 Gheorghe I.A

15、pplication of sieving process of vibratory screenThe Scientific Bulletin of Valahia University - materials and mechanics，2010，5：157-16012 王翠清，冉隆河影响直线振动筛筛分效果的几个重要参数选煤技术,2006,2：13-1513 李小冬，童昕，王桂锋基于DEM的振动参数对颗粒筛分分层与透筛的研究矿山机械，2012， 40(5)：83-8914 Dina I. Stoicovici, Miorita Ungureanu, Nicu UngureanuComput

16、er Model For Sieves Vibrations Analysis, Using an Algorithm Based on the False-Position MethodAmerican Journal of Applied Sciences，2009，6(1)：48-5615 王然风，曲耀伟，熊诗波基于试验模态分析的整体振动筛动力学参数研究选煤技术，2003，5：18-1916 石秀东,赵魏维,赵加洋振动筛工作参数对筛分效率影响的有限元分析术金属矿山，2012，2：132-13417 焦红光，布占文，赵继芬等筛分技术的研究现状及发展趋势煤矿机械，2006，27(10)：7-

17、918 张康，耿飞煤炭筛分设备的发展趋势矿山机械，2010，38(24)：11-1319 朱福先, 殷祥超, 马景槐大型振动筛动力学有限元简化模型初探煤矿机械，2009，30(1)：107-10920 李增彬基于虚拟样机技术的振动筛动力学分析及优化设计硕士学位论文.山西太原：太原理工大学，201021 周磊振动筛分机械的动态特性分析与结构优化设计研究硕士学位论文. 河南：出版者河南理工大学，201022 Zhao Yue-min， Liu Chu-sheng，He Xiao-mei and othersDynamic design theory and application of large

18、 vibrating screenProcedia Earth and Planetary Science，2009，1：776-78423 朱维兵基于有限元和试验模态分析的振动筛动力学参数研究矿山机械，2007，35 (1)：63-6524 陆金新，刘初升，聂金柱等振动筛分过程中单颗粒的运动特性分析煤矿机械，2007，28(11)：66-6825 赵啦啦颗粒分层过程三维离散元法模拟研物理学报，2010，59(3)：1870-1876 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一、本课题研究的主要内容本论文通过对振动筛分机结构组成和工作原理进行分析，确定

19、影响筛分效率的主要因素，再进行数学建模与振动筛的效率优化，最后利用三维软件对筛分机整体结构构进行设计，并运用ANSYS软件对重要部件进行详细分析。本论文的主要内容如下：（1）对物料的筛分机构行研究； （2）对离散单元法进行研究；（3）分析不同参数情况下筛分效率与筛面长度之间的关系；（4）分析不同情况下颗粒的分层与透筛之间的关系；（5）建立筛分机构的数学模型，对振动筛的综合效率进行优化；（6）对振动筛的整体结构进行设计，建立振动筛的有限元模型并对重要部件进行详细分析；二、本课题需要解决的问题2.1 振动筛力学模型的建立要考虑的问题建立力学模型时将振动系统中的一些次要因素需要忽略，简化原则归纳如下

20、：(1)质量集中：实际振动筛机体结构复杂，质量分散，所以在建立力学模型时，对于质量大的，刚度大的可以简化为不计弹性的集中质量。 (2)刚度集中：振动筛隔振系统刚度较大,但是质量较小,而且安装位置分散，在建立力学模型时,可以把这一类刚度大!质量小的结构视为无质量的弹簧刚度。(3)阻尼集中：振动筛系统中阻尼多种多样,弹簧的材料内阻，部件结合面间的干摩擦,物料滑行时的当量阻尼等等，在进行力学分析时这些可全部简化为等效线性阻尼。2.2 有限元建模时要考虑的问题：建立的有限元模型的好坏直接关系到分析结果的正确性与准确性。但在建模过程中，为减少工作量、缩短计算机计算得时间、减少运算过程对硬件资源的占用，既

21、要对实体做必要的简化，又要确保简化不会有过大误差而导致结果不可信。所以在划分单元网格的时候，网格数量要适量。ANSYS 软件可以由结构的形状来智能划分，构件的连接处或者有突变的位置处会自动将网格细化，而在构件上不易产生应力集中的位置，网格划分比较稀疏，这样在确保更加准确的基础上，减少不必要的单元网格，提高计算效率。三、主要研究手段3.1 离散单元法（DEM）离散元法和有限单元法、边界单元法都是目前工程中常用的数值计算方法，但离散元法的基本原理既不同于基于最小总势能变分原理的有限单元法，也不同于基于Betti互等定理的边界单元法，而是建立在结合不同本构关系的牛顿第二运动定律的基础上。不论是相对于

22、何种单元模型DEM的原理和计算过程都是一样的，即根据单元间力的相互作用和牛顿第二运动定律，采用动态(或静态)松弛法进行循环迭代计算，在每个时刻都更新单元的位置，并遍及整个单元集合，通过对系统中的每个单元的微观运动过程进行跟踪研究，最终就能够得到整个系统的宏观运动规律。3.2 筛分效率与透筛概率、筛面长度及分层和透筛的关系研究3.2.1分析研究筛分机的透筛概率理论及颗粒离散元法，透筛概率理论主要有单颗粒透筛概率理论与粒群透筛概率理论，得出筛分机的透筛概率与筛分效率的关系，并由此得出影响筛分效率的影响因素。3.2.2从振动筛的振动工艺参数和结构参数两方面分析筛面的长度与筛分效率的关系，振动工艺参数

23、主要包括振动筛的频率、振幅、振动方向角及进料量。结构参数主要包括振动筛的筛面宽度、筛丝直径、筛孔尺寸和筛面倾斜角。进而得出筛分效率与筛面长度的函数模型。3.2.3分析分层与透筛的现象，分层与透筛是同时存在的且相互影响的，分层是手段、透筛才是目的。受物料性质和筛面的振动参数等的影响，因此用控制变量法逐一研究不同情况下颗粒的分层与透筛之间的关系。3.3 筛分数学模型的建立通常情况从经验与理论方面入手,得到筛分经验模型与理论模型,而筛分理论模型又包括概率模型与动力学模型，概率模型又包括单个颗粒透筛概率模型与粒群透筛概率模型。（如图1）。图1 筛分数学模型的分类3.4 优化算法的设计优化设计是根据既定

24、的实际情况(如筛分过程)和规范的各种约束条件(例如结构参数，振动参数使用范围)。提出优化的数学模型(目标函数、约束条件和设计变量),进行优化,最后找到各个参数的最优值或范围,提高效率。优化设计工作包括以下两部分内容: (1)将设计问题的实际模型转变为数学模型。建立数学模型时要合理选取设计变量,列出目标函数,给出约束条件。目标函数是设计问题所要求的优化目标与设计变量之间的函数关系式。该部分工作相对来讲不是很困难,只要能合理地建立模型即可。 (2)采用适当优化条件方法,求解数学模型。可归结为在给定条件(例如约束条件)下求目标函数的极值问题。这一部分工作相对而言要复杂得多,对于不同层次的优化问题需要选用不同的数值方法。3.5 结合以上两点运用SOLIDWORKS、ANSYS软件进行整体结构设计和分析。SOLIDWORKS是一个三维的机械设计软件。SolidWorks软件在技术方面一直保持与国际CAD/CAE/CAM/PDM市场同步。SolidWorks是基于Windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便地实现复杂的三维