2ZK3675直线振动筛疲劳强度的可靠性设计.pdf

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1、万方数据第5期2000年10月遣煤技术CoALPREPARATIONTECHNoLOGYNo．5Oct．20002ZK3675直线振动筛疲劳强度的可靠性设计郭勤涛张翠萍魏少枉(洛阳矿山机械工程设计研完晓河南省洛阳市471039)摘要针对遗煤厂使用的ZK系列大型直鼓振动牟存在的强度问题t使用盘劳强度的可靠性谩计方法时2ZK3675直线振砷筛进行了详-的研宄，使得改进后的振动并具有较长的寿十和较高的ir靠度．谊方法不同于常规的童劳强度设计．而是络出了设善的可靠性指标．为开发出禹性晚的大型振砷*提供7依据。关键调直巍振曲筛麦劳强度可蠢性寿幸l前售2ZK3675直线振动筛是中信重机公司于0

2、0年代初引进日本技术设计制造的27m2粗精煤脱水分级设备．已在山东来滩选煤厂、山西东曲选煤厂、内蒙古准格尔选煤厂(单层筛)等多十单位投入使用．该设备虽然具有振动强度大、脱水筛分效率高、处理能力大等特点t但是由于其疲劳强度不足，可靠性太差，经常出现大小粱断裂现象，严重影响了用户的正常生产．为此t用户投入了人力物力对其进行了技术改造，并取得了一定的效果o】。作为生产制造厂隶，拽们总结了各方面的经验，成立了专项课题组，使用有限元分析、现场应力测试、模态分析以及疲劳强度的可靠性设计等手段，进行了为期3年的技术研究．本文将主要介绍疲劳强度的可靠性设计方法在2ZK3675直线振动筛结构设计中的

3、应用．并给出该振动筛改进前后的疲劳寿命和可靠性指标。22ZK3675直线振动菏(日本原结构)可靠性计算疲劳强度的可靠性设计就是计算出确定寿命时零部件不产生破坏的概率(也叫成活率)，这需要求出军部件各危险截面的应力正态分布和材料的强度正态分布．2．1危险截面的应力分布使用板单元和粱单元混合建模对2ZK3675直线振动筛进行丁有限元应力分析。计算规模为：8353个节点，49062个自由度．其中支承弹簧简化为弹簧元；横粱与舅板的连接进行了局部结构修正}载荷处理时考虑空载和带物料(以500t／h处理量计算)两种工况．振动频率151-[z，振动方向角55‘·质心平均加速度为37．924m／s

4、。．有限元计算结果显示．振动筛应力危险点依次是：①支承筛板用的小粱；②横粱的中部；③振动器正下方爿板边缘．其中最大一根横粱中部空载时计算主应力幅值为18．5MPa,而现场测试应力幅值为19．1MPa，可见该法有较高的精度。图1为实测檀粱应力最大点的时域图．由带物料工况计算得上述3个危硷点的主应力幅值及相应的应力幅值标准差(正态分布)分别为(35．6，2．85)、(29．1，2．33)、06·42．5)．其中应力幅值标准差是通过该点的应力傅立时顿谱计算出变异系数，再乘以应力幅值得出．如横粱应力点的变异系效，=0．08．则该点的标准差为0．08×29．1≈2．33．羹十I：翅一18oO

5、20．4饥608时I可^重1宴测横集应力量太直的时壤田2．2强度分布由图1的应力时域图可知，振动筛的应力循环是不对称系数r一一1的对称循环，因此各零件的强度分布只给出r一一l的强度分布．振动筛的疲劳破坏属于煤水腐蚀环境下的高周疲劳破坏o]，其应力循环次数与相应的工作时间计算如下：工作频率900r／rain，应力循环趺数与工作时问分别为：107次，185h；10。次。1850h；109次，18500h．由此可见，对于常规的疲劳极限10’次．振动筛只工作185h．是远远不婷的。振动筛正常使用其疲劳掇限应达到lO’次。腐蚀疲劳的S—N曲线是斜直线延伸[”，对材料为20钢的横粱其方程为：I

6、gN=a+blgo嶝万方数据摹5期置摊．救术2000年10月25日式中tⅣ是以循环数讳算的寿命瑚、6为无量纲系敦．口=30．2547，b=一10．014#口为零件的应力值，MPa．由此式得材料的疲劳极限及标准差；107攻时，ty．(210～756)f10‘次时为(165．6．0)}10’次时为(132，4．75)．强度的修正系数主要有：(1)应力集中系数．槛桑的应力集中主要为焊点的应力集中．其理论应力集中系数“一3．26．有效应力集中系数J己=l+口(西一1)．式中q为应力集中敏感系数，q=(王-’一1)／(“一1)=o．504，其中置，，为材辩真实应力集中系数，由不同应力集中系致

7、下的疲劳极限求得．王．，；2．14．敏感系数的变异系数取0．11Ⅱ】，则应力集中t摩系数的均值和标准差(q，s．)一(O，504，0．056)．又因为有效应力集中系数的标准差SK—s．(％一1>，由此得其均值和标准差(j乙，＆)=(2．14，0．126)。侧板及小架主要为蠕栓的孔应力集中．其理论应力集中系数岛=3．0。则其有效应力集中系数的均值和标准差(L．&)一(2．01，0．118)．．(2)尺寸系数．由槛蘩、俩板、小集的厚度d=9～14ram，壹表得到尺寸系数的