实验分析矿用振动筛的强度及其寿命估算
《实验分析矿用振动筛的强度及其寿命估算》
[摘 要] 随着社会的发展，经济的进步，我国煤炭业获得了长足的发展，煤矿业的发展离不开矿山设备，因此，对矿山设备的要求也越来越高，振动筛作为煤矿、矿山等工业部门筛分物料不可或缺的设备，对煤矿、矿山的开发具有重要的意义。基于此，本文就对实验分析矿用振动筛的强度和寿命估算等进行分析和探究，希望可以为相关人员提供一些借鉴经验，以促进矿山、煤矿等行业的健康发展。
振动筛作为煤矿、矿山设备，一般在高频振动状态下工作，振动筛受到物料的冲击力、重力、物料腐蚀及激振器交变激振力等作用，这就必然增加振动筛在实际工作中产生问题的可能性，像横梁疲劳损坏、筛框失效破坏等，一旦出现问题就会给生产带来不必要的损失，因此，本文通过实验分析和探究矿用振动筛的强度，探索强度规律，并对振动筛的寿命进行估算，以供相关人士参考。
1 对振动筛的强度进行探究
1.1 对强度仿真进行分析
在Pro/E中建模后，以IGS格式保存，导入ANSYS后，并进行分析。分析静力，采用刚性连接。将激振力导入模型后加入四组弹簧单元COMBIN40，该模型由图一表示，观察ANSYS中网格划分、激振力加载，由图二表示。
在ANSYS中，x是沿振动筛长度方向，y是竖直方向，z是垂直于筛板的方向。通过实验可以看出：振动筛受力比较集中的地方是连接振动筛两侧板上，最大点：9.2MPa，剩余部分受力较均匀，未见突然变形的部位。在实际测量中，只需测量x和y方向的力，z方向的受力过小，介于-1.9至1.2MPa之间。
1.2 强度试验
1.2.1对实验进行严格的设计
为了测得应变值，就要在振动筛上粘贴应变片，由于数据采集仪信号灵敏度欠佳，不增强信号就会影响数据的采集，因此，在进行实际测量时，连接应变仪和数据采集仪，有助于增强应变仪的信号，这个过程需要计算机、数据采集仪、应变仪、数据线、应变片等共同的作用。应变片粘贴的位置如图三所示，1、2贴片在左右加强板上分别对称布置，3、4、5贴片分布在筛箱侧板，6贴片分布在减振弹簧后的侧面板上（进料口），7、8贴片分别位于减振弹簧左侧板上（出料口）、进料口梁，9贴片在第一根圆梁上（进料口），10贴片在中间最上面的方梁上。通过对应力理论数据及测试数据的比较可知，仿真值小于实际测量的应力值，存在误差，所以，ANSYS模型基本满足实际情况的要求，可以此为依据，进行分析和研究，空载常温工作时筛体的最大应力值为11.81MPa。
图三 振动筛应变片的分布位置
1.2.2分析及实验结果
通过仪器测得的应变动态位移曲线图可知，1点 x方向的峰值是12um，5um为有效值，1点y方向的峰值是94.5um，56um为有效值。
2 对振动筛疲劳的寿命估算进行分析
2.1 影响疲劳强度的各种系数
2.1.1对应力集中系数进行分析
应力集中即受力物体在形状突然改变的地方出现局部增大现象。应力集中系数（KT） 表示应力集中严重程度，相关公式为：KT=σmaxσ01）其中，σmax表示最大局部弹性应力，σ0则表示名义应力；名义应力即净面积应力和毛面积应力。
2.1.2分析尺寸系数和表面状态系数
振动筛疲劳效应形成的原因是应力梯度，若是纯粹的尺寸系数，影响不大，可忽略尺寸系数的影响，尺寸系数ε=1；表面加工粗糙度、表层应力状态和表层组织结构等组成表面状态，表层应力状态及表层组织结构对疲劳强度的影响不大，表面状态的影响以表面加工粗糙度为主，故表面状态系数β=0.9。
2.1.3分析疲劳缺口系数
可用REPeterson公式计算疲劳缺口系数，公式如下：Kf=KT-1α/ρ+1+1 2）其中，α表示材料的常数，ρ表示缺口根部半径，所以，KT=Kf。
2.2 结构应力的修正
结合疲劳强度的影响系数，将应力结构按照公式3） 进行修改：Sb=εβCLSKf3）S、Sb分别是修正前后的应力，得出幂函数公式：SaN=c（待定常数） 4）其中，N=cεβCLS/Kfa5）公式5） 是修正公式。
2.3 疲劳寿命计算
累积损伤对疲劳寿命非常重要，也是研究者研究的重点内容，现阶段，已经提出很多理论，但运用的较少，其中，Miner法则及修正Miner法则等，通过相应的研究，依然认为修正Miner法则最佳，零件疲劳寿命公式：N=bki = 1Σn0ikl = 1Σn0iNi6）其中，b等于0.7，应力水平等级用k表示，第i级应力水平疲劳寿命为Ni，运行中第i级应力水平循环次数用n0i表示。
2.4 对各个影响系数进行计算
2.4.1对应力集中系数进行计算
以有限元法为依据进行计算，并采用有限软件，得到应力分布、集中、积分结果，计算可得：σ0（钢板名义应力） =L乙σdLL=11.809MPa其中，L乙dσL代表应力沿路径积分值，并通过1） 计算得出应力集中系数公式：KT=σmaxσ0=1.69
2.4.2疲劳缺口系数计算
通过KT=Kf和Sb=εβCLSKf计算疲劳缺口系数：Kf=KT=KT-1α/ρ+1+1=1.692.4.3修正S-N曲线计算
通过修正公式5） S
b=εβCLSKf，可得：N=cS/KfεβCL! "a计算可得：N=c!0.4 53S"a
2.4.4振动筛寿命计算
根据零件疲劳寿命公式6） 及1点合力直方图计算，可得：N=108.5753600×24×30×12最终结果为N=11.689a，若设计寿命是10年，通过计算得出市场反馈平均寿命是11.863年，存在一定误差，误差在1.46%，由此可见，预测方法具有可行性。
3 结语
通过相关计算和分析，得出振动筛的分布状况，并证明振动筛在ANSYS中的模型具有可行性，接着对振动筛疲劳寿命的估算进行重点分析，获得振动筛寿命计算公式，并证明此公式误差较小，具有可行性。
