直线振动筛优化设计

中文译文
直线振动筛的参数优化设计
摘要：根据等级和特征的需要，在追求多产并低消耗下建立直线振动数学模型。

通过Matlab 优化设计手段，能得到最好的设计。

该结果表明，每生产能耗与经验设计想比较，从优化获得的显着下降。

关键词：参数优化;直线振动筛
1导言
随着计算机技术的发展，CAD 技术已成为一个强大的应用工具在工程设计领域，并为实现优化提供了良好条件。

作为一个现代化的设计理论和方法，机械优化可以寻求最佳的设计方法，从众多的设计方法中。

它不仅提高了设计效率和质量，而且还使产品获得可靠的性能和优良的技术效果[1 -5]。

筛选机广泛应用于工业，就像建材，冶金，煤炭，化工，石油，和道路建设等。

在设计和选择运动参数，它仍然使用传统的类比计和经验数据。

如果机械优化应用到振动筛设计，那么设计结果将变得经济和合理。

在本文中我们讨论了直线振动筛[6,7]的优化设计。

2优化设计的数学模型
在实际工作中，振动筛的基本要求是低耗能的高生产效率。

因此得到了由最低功耗意味着最大的生产力，即每单位生产以最小的功率消耗可作为优化目标使用。

A ．确定目标函数与设计变量
直线振动筛生产能力可以表示为（1）[7]：
Q =3600Bh νγ (1)
式中：
B （米）——为筛面宽度;
H （米）——在筛面上的物料料表面层的厚度;
γ（t/m3）——物料密度;
ν（米/秒）——物料的平均速度。

对于直线振动筛，平均物料流速表示为公式（2）;
()cos 1tan tan q v k A ωδδα=+（2）
式中：
q k ——全面的经验系数; A （米）——幅度;
ω（弧度/秒）——振动圆频率;
α（°）——筛表面梯度;
δ（°）——振动方向角。

把（1）式及（2）式可得到：
()3600cos 1tan tan q
Q Bh k A γωδδα=+ （3） 总功率消耗可表示为：
12/()N N N η=+ （4）
这里η为传动效率; 1N （千瓦）和2N (千瓦）分别代表振动能量和摩擦功
率消耗。

其中，
23
11740480CMA n N = （5） 3
21740480
m f MAn N = （6） 其中C 表示阻尼系数，M （kg ）表示振动质量，m f 表示摩擦系数，D （米）表示轴承的内径和n （转/分）表示的振动次数。

直线振动筛抛射强度为： 2cos v A K g ωα
= （7） 式中，g 为重力加速度。

另外 30
n πω= （8）
从（3） - （8），每单位功耗生产可写为 ()()
3cos 232064cos 1tan tan V m q N E Q
MK g CA f d ABh K αηπγδδα=+=+（9） 显然，一个独立的变量A ，
V K ，α，δ都是影响E 的因素，因此设计变量
选定为：[]1234
,,,T X x x x x = ()()()21331443cos 232064cos 1tan m q Mx g Cx f d x f x Bh K x x x x ηπγ+=+
B.约束条件
•直线振动筛的振幅A 通常是被选为3.5毫米〜6mm ，从而约束函数g1和g2表示为：
()11
0.00350g X x =-≥ ()21
0.0060g X x =-≥ 当振动的抛射强度是合理的，抛射强度Kv= 3.0〜3.3，所以约束函数g3和g4表示为：
()32
30g X x =-≥ ()42
3.30g X x =-≥ 筛面倾角α通常选择作为-10 °〜10°，约束函数g5和g6可表示为： ()53
100g X x =+≥ ()63
100g X x =-≥ 抛射角δ通常为3060 ，因此，约束函数g7和g8可表示为：
()74
300g X x =-≥ ()84
600g X x =-≥ 如上所述，直线振动筛的数学优化模型是一个具有4设计变量和8个不等式约束优化问题，它可以表示为
()4min f x x R ∈
()0i
g X ≥， （i=1,2,3，…8） 3优化方法和结果
A.优化方法
许多约束优化可以用来解决小的优化问题。

在这里，我们使用随机方向法具有的优势是，它没有特殊需求为目标函数的行为，并且该方案设计和算法简单，其收敛速度快。

因此，它是一种有效的解决优化问题的方法[8]
优化程序表：
优化结果分析
直线振动筛相关参数B= 1米，M=600千克，m f = 0.005，C =0.2 g= 9.8m/s2，
η=0.95，γ=2吨/立方米，d=0.1米，h=0.1米。

由上述数据替换成优化数学模型，并初步选择X0= [0.004,3,0,45]，优化结果可得到如表一显示。

下表为优化设计'的结果和普通外观设计的比较
在表一，从优化得到的实际结果与实证显示设计，功率消耗每生产单位位获得的优化减少了48％，其结果明显提高很多。

4总结
我们通过优化设计手段使直线振动筛获得最佳参数，把优化设计与经验参数相比较，功率消耗在优化设计后得到显著降低。

因此，通过优化设计方法的直线振动筛生产力增加，并且带来了巨大的经济效益。

致谢
作者在此感谢了由中国自然科学基金，作者还感谢支持重点开放实验室煤的发现、处理和高效利用的基金会CPEUKF08- 02。

最后，感谢支持按计划主办的科技创新研究、江苏省高校研究生的补助金
CX09B_111Z。

参考文献
（1）阮景兰、邵民曲.“直线振动筛的优化设计”
（2）杨善国. 参数振动筛,第一卷。

（3）张韶光，杨宝山，“优化设计的ZS6直线振动筛“中，石油大学学报。

第一卷。

（4）魏一齐，“程序计算和材料OPNET仿真实现振动筛的运动，“武汉大学杂志ploytechnic”第一卷。

（5）薛艳玲，“直线振动筛的优化设计”“煤炭技术”第一卷。

（6）阮景兰，“参数优化研究”，第16卷。

（7）冯艳，“筛分机”，中国煤炭工业出版社。

（8）金真一、章冬林，“实用国库基于MATLAB7.0”，“中国铁道出版社，北京，2009。