热矿振动筛筛箱温度场测试及热应力计算分析

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1997.s1.028 第19卷增刊 北京科技大学学报 Vol.19 1997年2月 Joumal of University of Science and Technology Beijing Feh.1997 热矿振动筛筛箱温度场测试及 热应力计算分析 张莹 朱允言 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要对唐钢烧结厂3.1m×8.3m热矿振动筛筛箱温度场现场实测，用SAP5p软件研究了热矿 筛的热应力与静应力，做出了等效应力曲线，找到了筛箱最大热应力点，为以后热矿筛的设计和 研究提供了一些参考数据 关键词热矿筛，热应力，有限元 1筛箱及小梁的温度场分布 3.1m×8.34m热矿筛有两个侧板.经现场实测，可近似认为温度场对称，测得结果为第 5、第6根小梁附近的侧板温度为最高，最高可达455℃，侧板小梁上边的温度普遍高于小梁 下边的温度，整个侧板温度分布规律呈现中间高，两头低的趋势，见图1. 筛板温度分布也近似认为对称，实测结果也是第5，第6根梁附近的温度为最高，最高可 达463℃，比侧板最高温度高.这是因为热烧结矿直接与筛板接触的结果.整个筛板温度 分布呈现中间高，两头低的趋势，见图2 450 450 450 450 350 350 350 350 O 250 250 250 I50 50 150 150 y/×103mm X/×10mm y/×10mm 00 X/×10mm 00 图1侧板温度分布曲面 图2筛板温度分布曲面 该热矿筛横梁共有12根，实测的横梁端部上表面(t),下表面温度(t),中部上表面(t),下 1996-03-20收稿第一作者男32岁硕上

第 19 卷 增 刊 1卯7 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J 佣门司 of U ni v丽灯 of 欣妇联 翻日 1’eC 恤ok 食 玫咖吧 V 汉 . 19 F eb . 19 7 热矿振 动筛筛箱温度场测 试及 热应力计算分析 张莹 朱允言 北 京 科技大 学 机械 工 程 学 院 , 北 京 1(X幻8 摘要 对唐钢烧结厂 3 . 1 m x s . 3 m 热矿振 动筛筛箱温度场现场 实测 . 用 SAP SP 软 件研究 了 热矿 筛 的热 应力 与静应 力 , 做出 了等效应 力 曲线 , 找到了 筛箱最大热 应力点 , 为以 后 热矿筛 的 设计 和 研究提 供 了一 些参 考数据 . 关键词 热矿 筛 , 热应力 , 有限 元 1 筛箱及小梁 的温 度场 分布 3 . l m x 8 . 34 m 热矿筛有两 个 侧 板 . 经 现 场 实 测 , 可 近 似 认 为温 度 场 对 称 , 测得 结果 为第 5 、 第 6 根小梁 附 近的侧板温度为最 高 , 最高可达 4 5 ℃ , 侧板小 梁上边 的温 度普遍 高于 小梁 下 边 的温 度 , 整个侧 板温 度分 布规律 呈现 中 间高 , 两头低 的趋 势 , 见 图 1 . 筛板 温度分 布也 近似 认 为对称 , 实测 结果 也是 第 5 , 第6 根 梁附 近的温 度 为最 高 , 最 高可 达 4 63 ℃ , 比侧板 最高 温度 高 . 这 是 因为热烧 结 矿 直 接 与筛 板 接 触 的结 果 . 整个 筛 板 温 度 分 布 呈现 中间高 , 两 头低 的趋 势 , 见图 .2 气0岁ó\ r、 4 ,、 妞曰 鸳卜 图1 侧板 温度分布 曲面 图 2 筛板温度分布 曲面 该热矿筛横梁共有 12 根 , 实测的横梁端部上表面 ( t J , 下表面 温度 ( )tz , 中部上 表面 (st ) , 下 19 6 一 03 一 20 收 稿 第一 作者 男 32 岁 硕 上 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1997. s1. 028

·110. 北京科技人学学报 1997年 表面温度(t)、如表1. 从表1中可以看出，第5.第6根梁的温度 表1横梁实测温度分布 为最高，端部上表面的最高温度可达361℃，在 梁号 C t,/℃ t,f℃ 4/C 梁的同一水平面上，明显可以看出两瑞温度低， 2 3 中间温度高. 68 57 78 65 由以上分析可见，热矿温度场分布以第 2 148 83 165 85 5,第6根横梁附近为最高，两端温度最低，尤以进 153 L36 170 155 料端为最低.这是因为人料矿石温度仍很高，但 306 286 358 323 在落料点附近，其热量没有完全释放出来，当料 5 361 350 441 405 到达第5.第6根横梁附近时，热烧结矿的传导热 6 358 350 412 397 量最多，而这段时间内环境温度亦达到最高点， 7 321 314 393 376 所以导致第5，第6根横梁附近的温度普遍高于其 318 286 358 323 它地方的温度， 9 286 275 343 318 10 283 251 312 301 2筛箱侧板热应力计算 264 222 286.5 271 12 213 206 263.7 251 由于该热矿筛的结构对称，形成的温度场亦 对称，所以取其一半进行分析. 应用SAP5P软件，计算了筛箱侧板的热应力，又用材料力学第四强度理论，用C语言算 出了等效应力的大小，绘制出了热应力分布曲线图.用SAP5P图形后处理程序Post以图 形方式显示了静力学的分析结果.图3.图4为热应力分布情况，图5为应力值较高单 元的热应力分布图. 图3平面单元主应力为，？上主应力 图4等效应力为G2的等值线 高应力区有两处：第4.第5.第6根梁附近即36#单元附近和侧板下腹部即1129- 1149-单元附近、各单元具体数值大小可见各单元应力分布图，从图中可知，进料端与 出料端应力较小，而中间部分应力较大，这说明高温区热应力比低温区热应力大，而同样 的钢材，低温区的材料没有充分发挥其作用. 最大热应力有2处：36°单元为214.7Nmm,1149#单元为183.9Ncm2.这与复旦大 学等单位测过的筛箱侧板实际最大热应力为220.3Nmm是比较接近的 从图3中可见侧板各单元的受力情况，图中（表示该单元承受压应力，而心表示该

北 京 科 技 大 学 学 报 1卯7 年 表 面 温度 ( t.) , 如表 1 . 从 表 1 中可 以 看 出 , 第 5 , 第 6 根 梁 的 温 度 为最 高 , 端 部上 表 面的 最 高温 度 可 达 3 61 ℃ , 在 梁 的 同一 水平 面上 , 明 显 可 以 看 出 两端 温 度 低 , 中间 温度 高 . 山 以 上 分 析 可 见 , 热 矿 筛 温 度 场 分 布 以 第 5 , 第 6 根横 梁 附近 为最 高 , 两端 温度最 低 , 尤 以 进 料 端 为最 低 . 这 是 因 为 人 料 矿 石 温 度 仍 很 高 , 但 在 落 料 点 附近 , 其 热 量 没 有 完 全 释 放 出来 , 当料 到 达 第 5 , 第 6 根 横梁 附近 时 , 热烧 结 矿 的 传 导热 量 最 多 , 而 这 段 时 间 内 环境 温 度 亦 达到 最 高点 . 所 以 导致第 5 , 第 6 根 横梁 附近 的温 度普遍 高于 其 它 地 方的 温度 . 表 1 横梁实测温度分布 梁 号 t l了℃ ℃ ℃ 气/℃ 1 2 3 4 5 658 32405976323181530 78 16535841412395817012 57831363142863507251 681483063615822615331823 ,、 J 斗r乙U,Jz 9810 2 筛 箱侧 板热 应 力 计 算 1 2麟 2 286 乃 271 12 2 13 206 2 6 3刀 2 5 1 由于该 热矿 筛 的结 构 对 称 , 形 成 的 温 度 场 亦 对 称 , 所 以 取其 一半 进 行 分析 . 应用 S A P SP 软件 , 计算 了筛箱 侧板 的热 应力 , 又 用材料 力学 第 四 强度理 论 , 用 C 语言 算 出了 等 效应 力 的大小 . 绘制 出 了热 应 力 分 布 曲线 图 . 用 S A P S P 图形 后 处 理 程 序 P os t 以 图 形 方 式 显 示 了静 力 学 的 分 析 结 果 . 图 3 , 图4为 热 应 力 分 布 情 况 , 图 5 为 应 力 值 较 高 单 元 的 热应 力分布 图 . 图 3 平 面单 元主 应力为 山 , a Z 上主应力 图 4 等效应 力为 匀: 的等值线 高应力 区 有 两处 : 第 4 , 第 5 , 第6 根 梁附 近 即 36 # 单 元附近 和侧 板下腹部即 1 12 9 # 一 1 14 9 # 单 元附 近 , 各单 元 具体 数值大 小 可 见各 单 元 应力 分 布 图 . 从 图 中可 知 , 进 料端 与 出料端 应力 较小 , 而 中间部 分应 力较 大 , 这 说 明高温 区 热应 力 比低 温 区 热应力 大 , 而 同样 的钢材 , 低 温 区 的材 料 没有 充分 发挥 其作 用 . 最 大热 应力 有 2 处 : 3 6二单 元 为 2 14 . 7 N ’n/ l m 2 , 1 14 9 # 单 元 为 183 . 9 N / cm Z , 这 与 复 旦 大 学等单位 测 过 的筛箱 侧 板实 际最 大热 应力 为 2 20 . 3 N z厂 nlI Z是 比较 接近 的 . 从图 3 中可 见侧板各 单元 的受 力情 况 , 图 中 同表 示 该单 元 承 受 压 应 力 , 而 朴 表 示 该

Vol.19 张莹等：热矿振动筛筛箱温度场测试及热应力计算分析 111· (a) (b) 214.7(36#) 183.91149#) edW/S y/mm y/mm 图5热应力曲线(a)单元1年~106；)单元1129~1149# 单元承受拉应力，方向均为箭头所指方向.从图中可见，由于各单元温度不同，各个单元承 载方式有区别，所受力的方向和大小不同，但是在某一区域内还是比较接近的，显然各单元 应力的形成与温度场有直接关系， 3筛箱横梁热应力及静应力计算 横梁热应力力学模型和力学模型的节点数是126个，单元数是112个，两侧侧板对小梁 的约束视为弹性约束，应用SAP5P中的6类元（板单元）川，计算了筛箱横梁的热应力与静应 力，又用材料力学第四强度理论，应用汇编C语言算出了等效应力的大小.绘制出了横梁上 层与下层各单元的应力分布曲线.本文仅以温度最高横梁HL5的应力状态为例作对比分析. 图6为HL5梁上部边缘的热应力和静应力分布曲线.由计算可知，最大等效热应力为 251.37N/mm,对应11#单元，最大等效静应力为9.55N/mm,对应7#单元，动应力取静应 力的1.15倍.即10.98N/mm (a) (b) ) 429 2429 111.75 0.7 343 .00 可國②，亚四画感 z/mm z/mm 图6HL5梁上部边缘的热应力(a)和静应力(b) 显然，热应力是主要的，在设计中应主要考虑热应力的影响，高温梁HL5比低温梁 HL1的热应力要大

V 6 1 . 19 张莹等: 热矿 振动筛筛箱温 度场测试及 热应力计算分析 ( a ) 2 一4 刀( 3 6 # ) d芝门 川 \S d芝ùS O 匕竺二一一一一一一一一` 2 全竺二 、 , / m m 图 5 热应 力曲线 ( a) 单元 1 军 一 l (拓# ; 何 单元 1 四并 一 1 49 # 单 元承 受拉 应 力 , 方 向均 为箭头 所指方 向 . 从 图 中可 见 , 由于 各单 元 温 度 不 同 , 各 个 单元 承 载方 式 有 区 别 , 所受 力 的方 向和 大小 不 同 , 但是 在某一 区域 内还是 比较 接 近 的 , 显 然 各 单 元 应 力 的形成 与温 度场 有直接 关 系 . 3 筛箱横 梁热 应 力及静 应力计 算 横 梁热 应力力 学模 型和力 学模 型的节 点数 是 126 个 , 单 元 数是 1 12 个 , 两侧 侧板 对小 梁 的约束 视 为弹性 约束 , 应 用 S AP SP 中的6类元 (板 单元 ) {l] , 计算 了 筛箱 横 梁 的 热 应 力 与静 应 力 , 又 用材 料力 学第 四 强度理 论 , 应 用汇编 C 语 言算 出 了等 效应力 的大 小 . 绘 制 出 了 横 梁 上 层 与下 层各单元 的应 力分布 曲线 . 本文仅以 温度最高横梁 H L S 的应力状态为例作对比分析 . 图 6 为 H L S 梁上部 边缘 的热应 力和 静 应力 分布 曲线 . 由计 算 可 知 , 最 大 等 效 热 应 力 为 25 1 . 37 N zm/ n f , 对应 1 1 # 单元 , 最 大 等 效 静 应力 为 .9 5 N /m m Z , 对应 7 # 单 元 , 动 应 力 取 静 应 力 的 1 . 15 倍 , 即 10 . 9 8 N / n l n 1 2 . 肉 、d艺S 头芝月 \S (么叠豆 一垄 上o ( ) ( 8 8 ) 一74 10 2 坦燮 图 6 11【石 梁上部边缘 的热应 力 ( a) 和 静应 力 (b) 显然 , 热 应力 是 主要 的 , 在设计 中应 主要考 虑 热应 力 的 影 响 , 高温 梁 H L S 比低 温 梁 H L I 的热 应 力要大

·112 北京科技大学。学报 1997年 4结论 (1)筛箱温度场以第5、第6根横梁附近温度为最高，而以进料端附近温度为最低. (2)筛箱的高温区域热应力远大于低温区域热应力，约束对筛箱侧板热应力影响不大， 而对小梁热应力影响很大，小梁热应力的大小还与上下表面温差有关系，温差越大，热 应力越大. (3)在支承弹簧和激振器附近产生主应力流，最大剪应力亦在该方向上，易引起侧板产 生裂纹或扭曲变形， (4)侧板最大主应力是在第5根梁上部和激振器附近下腹部，最大剪应力亦在该两 区域上，这使侧板局部有挤压现象，出现不稳定状态，应合理布置横梁及加强筋，以便改善 和保证侧板的稳定性，避免出现变形， (5)热矿筛的热应力与静应力和动应力相比，热应力是主要的，在设计中应主要考虑热 应力的影响， (6)热矿筛横梁与侧板联接点处热应力值较大，最大可达251.37Nmm2,易在连接 点附近产生变形，从而影响横梁的使用寿命， 参考文献 1北京大学.线弹性结构微机程度SAPP使用手册.北京：北京大学出版社，1987 Calculation and Analysis of the Thermal Stress Vibrating Screen for Hot Agglomerate Mine Zhang Ying Zhu Yunyan College of Mechanical Engineering.USTB.Beijing 100083,PRC ABSTRACT Based on the practical measurement of thermal field on vibrating screen for hot agglomerate mine at sintering static stress is studied by using computer software SAP5p. The equivalent line of stress is made.The maximum points of stress on the box of screen are found.The result can be used in the design and further research of hot mine screen. KEY WORDS thermic vibrating screen,thermal stress,finite element

北 京 科 技 大 学 学 报 19 7 年 4 结论 ( l) 筛箱 温度 场 以第 5 , 第 6 根 横梁 附近温 度 为最高 , 而 以 进料端 附 近温度 为最低 . ( 2) 筛 箱 的高温 区 域 热应 力远大 于低温 区域热应力 , 约束对筛箱侧板热应力影 响不大 , 而 对小 梁热 应力 影 响很大 , 小 梁热 应力 的大小 还 与上下表 面温 差有 关系 , 温差 越大 , 热 应力 越大 . ( 3) 在 支承 弹簧 和激振 器 附近产 生主应 力流 , 最 大剪 应力亦 在该 方 向上 , 易 引起侧 板产 生裂 纹 或扭 曲变 形 . ( 4) 侧 板最 大主应 力 是在第 5 根 梁上部 和 激 振 器 附 近 下 腹 部 , 最 大 剪 应 力 亦在 该 两 区域 上 . 这 使侧 板局部 有挤 压 现象 , 出现 不稳定 状态 , 应 合理 布 置 横 梁 及 加 强筋 , 以 便 改善 和保证侧板 的稳 定性 , 避 免 出现变形 . ( 5) 热 矿筛 的热 应力 与静 应力和 动应 力相 比 , 热应力 是主要 的 , 在 设计中应主要 考虑 热 应 力 的影 响 . ( 6) 热 矿 筛横梁 与侧 板 联 接 点 处 热 应 力 值 较 大 , 最 大 可 达 2 51 . 3 7N ) nmI ’ , 易 在 连接 点附 近产 生变形 , 从 而影 响横 梁 的使用 寿命 . 参 考文献 北京大学 . 线弹性结构微机程 度 S A P SP 使 用手册 . 北京二 北京大学 出版社 . 19 87 C a l c ul a t i o n a nd A卫a lys i s o f t be T ’h e r r n a l S t esr s V ib r a t ing S c er n fo r H o t gA g l o me r a t e M ine Z h a n g iY n g Z h u 介ny a n 吻11 eg o f M eC h a n ical E n g ne ir n g , U S T B , eB ij i n g l(乃)8 3 , p R C AB S T R A C I ’ B a s ed o n t h e Pra ct i以1 111且又s u l℃r n e n t o f t h e ll l la l if e ld o n v ib ra it ng s c r e e n fo r h o t a g l o r n e l飞l t e 而 n e a t s i n te ir n g s ta t i e st res 15 st ud ied b y us ing co m P u ter s o ft wa re S A P S P . hT e 闪u i v a l e n t li n e o f s t心 5 15 rna d e . hT e ma x imu m P o in ts o f s t喘 o n t h e b o x o f s a re fo u n d . cren hT e 心 ul t ca n be us ed i n t h e d es ig n a n d fu rt h e r 心ea 代h o f h o t 而n e s c代℃n . K E Y W O R I万 t h e rn c v ib ra t i n g s cren , th e amr l s t心s , if n i et el e me n t