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振动筛筛分研究及优化设计

作　者: 王桂锋
导　师: 童昕
学　校: 华侨大学
专　业: 机械设计与理论
关键词: 振动筛筛分效率分层透筛离散元单元法
分类号: TH237.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

振动筛是目前工程中最常用的筛分机械,在矿业、冶金、医药、化工、粮食、建材加工和环境等领域有着广泛的应用。振动筛筛分的机理研究是振动筛性能改进和振动筛设计的基础,高的筛分效率和大的处理量一直是筛分作业追求的目标。以计算机技术、力学理论为依托的筛分过程数值模拟已成为筛分机理研究的重要手段。本文运用离散单元法对振动筛分过程进行数值模拟研究。在改进了振动筛筛分过程数值仿真三维模型基础上,基于离散单元法的EDEM软件,对颗粒振动筛分进行筛分实验,使得结果更加接近实际情况。以筛面长度为嵌入点,对各参数条件下筛分效率与筛面长度之间的关系进行了分析研究,进而归类,得出筛面长度与筛分效率的一般性规律关系。建立筛分效率综合数学模型,并进行多级优化,将优化所得参数值做模拟实验并进行对比,筛分效率提高约10 %。通过对所有实验数据进行分析发现筛面长度取对数ln ( x / 0.5l )与筛分效率取负对数ln ( -l n (1 -η))在结构参数、参动工艺参数模拟实验下具有直线关系。文中详细分析了振动筛分过程中的颗粒分层与透筛现象,定义了细粒比例、分层区域、透筛区域、分层速率与透筛速率等概念,并在此基础上建立了不同振动参数、筛面结构参数条件下的分层、透筛细粒比例与筛长,筛面区间,时间关系的数学模型。获得分层、透筛速率公式,并最终得到了分层速率与透筛速率与筛面结构参数、振动参数之间的关系。分析得到分层、透筛速率取最大值时振动参数、结构参数最优值。定义细粒数量而不是细粒质量来评价分层、透筛的好坏是筛分分层与透筛研究的一个创新。针对振动筛创新设计的需要,研制了一种组合式可调实验振动筛。与传统的振动筛实验样机相比,该振动筛是振动筛实验样机设计的一个创新,可以针对创新设计方案快速组合实验样机,降低了实验样机制造的成本和周期;还可以针对多组结构参数、振动工艺参数进行振动筛分性能实验。仿真结果与实验结果对比表明:仿真结果得到的参数对筛分效率影响的规律与实验结果是一致的,本文所建立的仿真方法反映了实际振动筛的特性和规律,是筛分过程规律分析及筛分机理研究的有效方法。

全文目录

论文摘要  4-6
Abstract  6-13
第1章引言  13-23
  1.1 课题的工程背景及意义  13-14
    1.1.1 振动筛研究的工程背景  13
    1.1.2 课题的意义  13-14
  1.2 筛分过程中的透筛概率理论  14-16
    1.2.1 单颗粒透筛概率理论概述  14-15
    1.2.2 粒群透筛概率理论  15-16
  1.3 振动概率筛的透筛概率与筛分效率之间的关系  16-17
  1.4 影响筛分效率的因素  17-20
    1.4.1 物料的特性  17-18
    1.4.2 筛面的结构参数  18-19
    1.4.3 筛面的振动参数  19-20
  1.5 离散单元法简介  20-22
    1.5.1 离散单元法的基本思想及主要方程  20-21
    1.5.2 离散单元法的计算机求解  21-22
  1.6 课题的研究内容  22-23
第2章筛分效率与筛面长度关系的研究  23-37
  2.1 筛分效率的定义  23-25
  2.2 不同振动工艺参数条件下筛分效率与筛面长度的关系  25-29
    2.2.1 不同频率条件下筛分效率与筛面长度关系的研究  25-26
    2.2.2 不同振幅条件下筛分效率与筛面长度关系的研究  26-27
    2.2.3 不同振动方向角条件下筛分效率与筛面长度关系的研究  27-28
    2.2.4 不同进料量条件下筛分效率与筛面长度关系的研究  28-29
  2.3 不同结构参数条件下筛分效率与筛面长度的关系  29-34
    2.3.1 不同筛面宽度条件下筛分效率与筛面长度关系的研究  29-30
    2.3.2 不同筛丝直径条件下筛分效率与筛面长度关系的研究  30-31
    2.3.3 不同筛孔尺寸条件下筛分效率与筛面长度关系的研究  31-33
    2.3.4 不同筛面倾角条件下筛分效率与筛面长度关系的研究  33-34
  2.4 筛分效率与筛面长度的函数模型  34-36
  本章小节  36-37
第3章振动筛综合筛分效率的优化  37-43
  3.1 多级优化技术的基本概念  37-39
  3.2 设计变量优化的常用算法  39
  3.3 筛分效率的优化模型  39-40
  3.4 筛分效率综合模型优化  40-41
  3.5 筛面长度的对数与筛分效率取负对数的关系  41-42
  本章小节  42-43
第4章不同振动参数条件下颗粒的分层与透筛  43-64
  4.1 分层与透筛的研究现状  43-45
  4.2 分层与透筛速率的定义、建模与实验条件  45-47
    4.2.1 分层速率与透筛速率的定义  45-46
    4.2.2 数值仿真模型的建立  46-47
    4.2.3 实验条件的确立  47
  4.3 不同振动参数条件下分层透筛细粒比与筛面长度的关系  47-51
    4.3.1 不同振动方向角下细粒比与筛长的关系  47-49
    4.3.2 不同振动频率下细粒比与筛长的关系  49-50
    4.3.3 不同振幅下细粒比与筛长的关系  50-51
  4.4 不同振动参数条件下分层透筛细粒比与筛面区间的关系  51-54
    4.4.1 不同振动方向角条件下细粒比与筛面区间的关系  51-52
    4.4.2 不同振动频率条件下细粒比与筛面区间的关系  52-53
    4.4.3 不同振幅条件下细粒比与筛面区间的关系  53-54
  4.5 不同振动参数条件下分层透筛细粒比与时间的关系  54-58
    4.5.1 不同振动方向角条件下细粒比随时间的变化规律  55-56
    4.5.2 不同振动频率条件下细粒比随时间的变化规律  56-57
    4.5.3 不同振幅条件下的细粒比随时间的变化规律  57-58
  4.6 不同振动参数条件下分层透筛速率与时间的关系  58-61
    4.6.1 不同振动方向角条件下分层透筛速率与时间的关系  59
    4.6.2 不同振动频率条件下的分层透筛速率与时间的关系  59-60
    4.6.3 分层透筛速率与振幅的关系  60-61
  4.7 分层透筛速率与振动参数的关系  61-63
    4.7.1 分层透筛速率与振动方向角的关系  61-62
    4.7.2 分层透筛速率与频率的关系  62-63
    4.7.3 分层透筛速率与振幅的关系  63
  本章小节  63-64
第5章不同筛面结构参数条件下颗粒的分层与透筛  64-84
  5.1 模拟仿真实验条件简介  64
  5.2 不同筛面结构参数条件下分层透筛细粒比与筛面长度的关系  64-69
    5.2.1 不同筛面倾角条件下细粒比与筛面长度的关系  64-66
    5.2.2 不同筛丝直径条件下细粒比与筛面长度关系  66-67
    5.2.3 不同筛孔尺寸条件下细粒比与筛面长度关系  67-68
    5.2.4 不同筛面宽度条件下细粒比与筛面长度关系  68-69
  5.3 不同筛面结构参数条件下分层透筛细料比与筛面区间的关系  69-73
    5.3.1 不同筛面倾角条件下细粒比与筛面区间的关系  69-70
    5.3.2 不同筛丝直径条件下细粒比与筛面区间的关系  70-71
    5.3.3 不同筛孔尺寸条件下细粒比与筛面区间的关系  71-72
    5.3.4 不同筛面宽度条件下细粒比与筛面区间的关系  72-73
  5.4 不同筛面结构参数条件下分层、透筛细料比与时间的关系  73-78
    5.4.1 不同筛面倾角条件下细粒比与时间的关系  74-75
    5.4.2 不同筛丝直径条件下细粒比与时间的关系  75-76
    5.4.3 不同筛孔尺寸条件下细粒比与时间的关系  76-77
    5.4.4 不同筛面宽度条件下细粒比与时间的关系  77-78
  5.5 不同筛面结构参数条件下颗粒分层透筛速率与时间的关系  78-80
    5.5.1 不同筛面结构参数条件下分层速率与时间的关系  78-79
    5.5.2 不同筛面结构参数条件下透筛速率与时间的关系  79-80
  5.6 分层、透筛速率与筛面结构参数的关系  80-83
    5.6.1 筛面结构参数与分层速率的关系  80-82
    5.6.2 筛面结构参数与透筛速率长的关系  82-83
  本章小节  83-84
第6章组合式可调实验振动筛的研制  84-96
  6.1 设计思想  84-85
    6.1.1 振动筛实验样机的设计目的  84
    6.1.2 振动筛实验样机的方案设计  84-85
  6.2 振动筛实验样机的总体结构设计  85-86
  6.3 振动筛实验样机结构实现  86-91
    6.3.1 筛面倾角调节  86-87
    6.3.2 筛面长度与筛面宽度的调节  87-88
    6.3.3 振动方向角与频率的调节  88-89
    6.3.4 漏斗出料高度的调节  89-90
    6.3.5 筛网紧固装置  90-91
  6.4 振动筛实验样机参数设计  91-93
    6.4.1 颗粒振动受力分析与振动强度计算  91-92
    6.4.2 激振力计算  92-93
    6.4.3 弹簧刚度的确定  93
  6.5 实验内容  93-95
  本章小节  95-96
全文总结  96-97
课题展望  97-98
参考文献  98-100
攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文  100-101
致谢  101

振动筛筛分研究及优化设计

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