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大型振动烘干机有限元分析及应用

作　者: 张辉远
导　师: 宋方臻
学　校: 济南大学
专　业: 机械工程
关键词: 大型振动烘干机设计模态分析谐响应分析结构改进
分类号: TK173
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

振动流化床烘干机是把振动的能量加入到普通流化床以达到改善烘干流化质量的一种设备，可以在较低的流化烘干气速下形成比较均匀的流化状态。因为物料颗粒之间产生脉冲跳动，使得气体与固体、固体与固体之间的接触得到加强，物料之间粘结的概率降低,从而提高了热量在物料与热风之间的传递速率，强化了生产过程，提高了生产质量。但是从目前来看，振动流化床烘干机还有很多问题没有解决。首先，目前使用的振动烘干机物料在机内滞留时间短，对含水率高的物料就达不到烘干目的，如若延长烘干时间，必须加长机体长度或使机器增加高度，从而会增大占地面积或空间。其次，传统振动流化床烘干机只有一层筛板，在干燥过程中热风与被干燥物料只进行一次交换，余下的相当一部分热量被热风带走，所以热效率较低，尤其是在高温干燥物料时，热效率更低。再次，对传统振动流化床烘干机进行结构改进而得到的多层筛板振动烘干机结构普遍比较复杂，在振动的作用下结构稳定性差，使用寿命比较低。因此，对以往振动流化床烘干机进行结构的改进，设计一种新型多层筛板振动烘干机，使结构尽量简单，提高烘干效率以及热利用效率，能够实现较长的使用寿命，对于我国干燥行业的发展具有重要的理论意义和实用价值。本文在总结国内外振动烘干机研究现状的基础上，根据给定的设计要求和设计数据，完成了多层对称式振动烘干机的设计，并利用有限元软件ANSYS对振动烘干机进行了模态分析和谐响应分析，之后根据分析结果完成了振动烘干机结构的改进。本文完成的主要工作如下：(1)根据给出的振动烘干机设计数据及设计要求，对振动烘干机的走料路线进行了创新，设计了一种新型多层对称式振动烘干机。并用三维建模软件Solidworks建立了多层对称式振动烘干机的三维模型，将Solidworks中建好的振动烘干机筛箱模型导入到HYPERMESH中进行网格的划分。(2)将划分好网格的振动烘干机模型导入有限元分析软件ANSYS进行模态分析，求解得到振动烘干机的前8阶固有频率和模态振型。结果表明，振动烘干机的工作频率能够避开固有频率，有效避免共振的同时也能起到很好的隔振效果。(3)随后对振动烘干机进行了谐响应分析，研究分析振动烘干机筛箱在周期性变化的激振力作用下的位移和应力情况。结果表明，筛箱的整体应力分布比较均匀，但是最大动应力十分接近振动烘干机设计时的许用应力，这种应力过大现象使得振动烘干机在工作中容易发生疲劳破坏，不符合设计要求。(4)针对振动烘干机设计不合理的情况，对筛箱部件进行了结构的修改。并利用有限元软件ANSYS对修改后的筛箱进行了模态分析和谐响应分析。模态分析结果表明，结构改进后的振动烘干机筛箱固有频率虽然发生了变化，但是其工作频率仍然能够避开固有频率，有效避免共振的发生。谐响应分析结果表明，结构改进后的筛箱动应力分布趋于均匀，而且最大应力远小于筛箱的许用应力，能够满足振动烘干机的使用要求，结构合理。除此之外，振动烘干机整体重量降低，激振力和电机功率也随之降低，这对于振动烘干机在节能、环保以及提高使用寿命等方面都有了很大的提高。综上所述，本文的创新点在于综合考虑了振动烘干机的烘干工艺，并从改进传统振动烘干机的结构出发，设计了一种多层对称式振动烘干机，实现了一台烘干机有多条走料路线，提高了生产效率；同时烘干用的热气能够多次利用，提高了能量的利用效率。根据振动烘干机筛箱有限元分析结果，完成了对振动烘干机结构的改进，使得其动应力分布趋于均匀，在交变载荷作用下工作的稳定性和寿命得到提高。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-12
第一章绪论  12-22
  1.1 课题概述  12-13
    1.1.1 课题的研究背景  12-13
    1.1.2 选题目的及意义  13
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  13-19
    1.2.1 干燥设备的分类及适用范围  13-14
    1.2.2 研究现状  14-18
    1.2.3 发展趋势及新技术的应用  18-19
  1.3 课题研究的主要内容  19-20
  1.4 本章小结  20-22
第二章振动烘干机的设计计算  22-36
  2.1 引言  22
  2.2 振动烘干机的整体结构  22-25
  2.3 筛板的设计计算  25-28
    2.3.1 计算最低流化速度U mf  25-26
    2.3.2 求热容系数 a  26
    2.3.3 求产品温度  26-27
    2.3.4 求筛板床层底面积  27-28
  2.4 筛箱的设计  28-31
  2.5 激振器的形式  31-33
  2.6 隔振弹簧的设计  33
  2.7 电机功率的计算  33-34
  2.8 本章小结  34-36
第三章大型振动烘干机筛箱的有限元分析  36-52
  3.1 引言  36
  3.2 有限元概述  36
  3.3 大型振动烘干机筛箱的模型简化  36-38
    3.3.1 筛箱有限元分析流程  37-38
    3.3.2 筛箱模型结构的简化  38
  3.4 大型振动烘干机筛箱各部分的参数  38
  3.5 模态分析和谐响应分析的理论  38-40
  3.6 大型振动烘干机筛箱的模态分析  40-47
    3.6.1 筛箱模型的建立  40
    3.6.2 网格的划分和载荷的施加与求解  40-47
  3.7 大型振动烘干机筛箱的谐响应分析  47-50
    3.7.1 模型的创建  47-48
    3.7.2 约束与载荷处理  48-50
  3.8 本章小结  50-52
第四章振动烘干机结构的改进及分析  52-58
  4.1 引言  52
  4.2 振动烘干机筛箱结构的改进  52
  4.3 改进后的振动烘干机筛箱有限元分析  52-56
    4.3.1 改进后的振动烘干机筛箱模态分析  53
    4.3.2 改进后的振动烘干机筛箱谐响应分析  53-56
  4.4 本章小结  56-58
第五章结论与展望  58-60
  5.1 结论  58-59
  5.2 展望  59-60
参考文献  60-64
致谢  64-66
附录  66

大型振动烘干机有限元分析及应用

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