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提高振动筛筛网张紧度方法研究

振动筛是沥青混合料搅拌设备的重要组成部分之一,其处理能力和筛分效率直接影响到沥青搅拌设备的生产能力及产品质量,最终影响到沥青路面的施工质量和寿命。而筛网则是完成筛分过程的主要工作部件,筛网张紧程度直接影响到其使用寿命,且对振动筛的筛分效率和生产率也有一定影响。

筛网张紧度不足的不利影响包括:①筛网弯曲变形大,应力集中严重,筛网松弛易产生二次振动,在交变应力作用下筛网过早破损,造成不小的经济损失;②筛网弯曲变形影响到筛孔有效透筛面积,使本应该透筛的物料未能透筛,致使筛分效率降低;③筛面凹陷导致物料滞留,阻碍料层向前的运动,最终影响到振动筛的生产率。由此看来提高筛网张紧度,保证筛面平整,可以有效地提高筛网使用寿命,同时也有利于保证振动筛筛分效率和生产率。

本文通过理论分析建立数学模型,分析得出增大张紧力和减少支撑梁间距可以提高筛面平整程度,并建立筛网有限元模型进行仿真分析验证理论分析结果。

张紧筛网的静力分析沥青混合料搅拌设备振动筛所用筛网多为正交的钢丝编织而成,沿筛网纵向均布多根支撑梁作为支撑,可将筛网模型简化为静不定的多跨度连续梁。为利于筛上物料向前运动,筛面与水平面是成一定夹角的,筛网自重及物料作用力可分解成平行于筛面和垂直于筛面两部分,而平行于筛面的那部分作用力对筛网弯曲变形没有影响,因此我们只考虑垂直筛面的那部分载荷,且假定沿筛网长度方向载荷是均匀的。因筛网张紧后主要承受拉力、压应力和剪应力相对较小,因此两支撑之间的那部分筛网可当作两端承受拉力,中间承受均布载荷,内部只承受拉力的结构形式进行分析。两支撑梁间筛网 AB段受力如图 1 所示。以筛网长度方向为 X 轴,垂直于筛面方向为 Y 轴建立二维数学模型,在筛网AB 段上取微元 ds 弧段,其受力如图 2 所示。由∑X=0 得 Fx=Fx,∑Y=0 得 Fy=Fy+qdx又因为增加支撑数目可减小筛网的最大变形量,使筛网更加平整,同时减小了筛网的最大应力值。同时对比不同支撑数目的筛网的等效应力云图也可以发现增加支撑数目不仅减小了最大应力值,筛网整体应力也更为均匀,减小了应力集中,改善了筛网的受力状况。

当支撑数目由2 增加到 3,或由 3 增加到 4 时,筛网变形量和应力值都有大幅的下降;但当支撑数目为 7 时,再继续增加支撑数时筛网变形量和应力值减小程度不再那么明显,而此时筛网变形量已完全满足使用要求。实际生产中,沥青搅拌设备振动筛采用分段式筛网,沿振动筛长度方向安装两张筛网,每张筛网支撑数目一般为 6 或 7。支撑数目的取值与筛网的长度、筛丝的材料和直径、载荷大小及平整度要求等因素有关,要综合以上因素合理选择。

张紧力大小对筛网平整程度的影响为研究张紧力对筛网平整程度的影响,将张紧力设为变量,其它条件相同,统一采用 3 支撑形式,对比不同张紧力作用下筛网变形情况和应力大小。张紧力从 1 000N 到 100 000N 间选取不同的取值,在 ANSYS 中进行仿真分析获得筛网最大变形量和等效应力最大值,将所得数据绘制成曲线如图 4 和图 5 所示。随张紧力不断增加,筛网变形量不断减小。曲线斜率随张紧力不断减小,说明随张紧力大小的增加,筛网变形量减小的速率不断降低。即当张紧力增大到一定范围后,再继续增大张紧力对筛网的变形影响不大,且无论张紧力多大,都不可能使得筛面绝对平整,这与理论分析结果是一致的。根据图 5 曲线不难看出,总体上应力大小随张紧力的增大而不断增加。在 1 000~20 000N范围内时,等效应力增大速率有较小的变化,原因是张紧力较小时,筛网变形量变化较大,由筛网变形产生的那部分应力也有较大变化。当张紧力大于 20 000N 时,筛网内应力主要以张紧拉力引起的拉应力为主,而变形引起的应力则影响很小,因此表现为等效应力与张紧力呈线性关系,曲线在此阶段变为直线。

针对张紧的筛网建立数学模型,理论计算得到筛网弯曲变形量与张紧力大小、支撑梁间距及载荷大小有关。1)增大张紧力和减小支撑间距都可以减小筛网弯曲变形量提高筛面的平整度。2)基于ANSYS建立筛网的有限元分析模型,研究了张紧力大小和支撑间距对于筛网弯曲变形量的影响规律,验证了理论分析的正确性。3)增加支撑数目可减小筛网弯曲变形量,但当支撑数达到一定值,再继续增大对筛网变形量的影响不再那么明显。另外增加支撑数目使筛网受力更为均匀,减小了应力集中。4)增大张紧力也可减小筛网的弯曲变形,但会使得筛网内应力变大。施加张紧力,使筛网承受一定的预应力对提高筛网平整度是有益的,但应小于安全许用值。


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