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(沈陽工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

Dynamic Analysis and Study of ZS2460 Linear Vibrating Screener

CHONG Yuncao，LI Xiangsong

(School of Mechanical Engineering，Shenyang Institute of Engineering，Shenyang 110136，China)

ZS2460直線振動篩篩體動力學(xué)分析研究

種云超，李祥松

(沈陽工程學(xué)院機(jī)械學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

Dynamic Analysis and Study of ZS2460 Linear Vibrating Screener

CHONG Yuncao，LI Xiangsong

(School of Mechanical Engineering，Shenyang Institute of Engineering，Shenyang 110136，China)

摘要：以ZS2460直線振動篩為對象，通過動力學(xué)可視化仿真，模擬篩機(jī)實際受力情況，進(jìn)行強(qiáng)度校核；確定機(jī)械產(chǎn)品零部件的固有動態(tài)特性，可獲知現(xiàn)有激振頻率是否引起系統(tǒng)共振；確定在給定激勵下的響應(yīng)情況，在機(jī)械產(chǎn)品制造之前，獲知所設(shè)計的產(chǎn)品在給定激勵下的響應(yīng)情況，檢驗響應(yīng)是否達(dá)到要求，從而使產(chǎn)品在設(shè)計階段就能保證擁有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能。

關(guān)鍵詞：直線振動篩；動力學(xué)；模態(tài)；諧響應(yīng)

中圖分類號：TD452

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-2257(2015)03-0005-03

收稿日期：2014-12-29

基金項目：遼寧省教育廳科研基金資助項目(L2014519)

Abstract：From the viewpoint of linear vibrating screen，the structure strength is calculated and checked by the visualization of dynamic results; the natural frequency and vibration of mechanical product's components are analyzed，this can know whether excitation frequency would cause resonance; The dynamic responses of the design of products were obtained before machinery manufacturing，all those verified whether the responses meet the requirements. So that products can be guaranteed has excellent structural performance at the design stage.

作者簡介：種云超(1991-)，男，遼寧朝陽人，本科在讀，研究方向為煤礦機(jī)械；李祥松(1979-)，男，遼寧沈陽人，講師，研究方向為煤礦機(jī)械。

Key words：linear vibrating screen; dynamics; model; harmonic response

0引言

目前國內(nèi)各種選煤廠使用的設(shè)備中，振動篩是問題較多、維修量較大的設(shè)備之一。這些問題突出表現(xiàn)在篩箱斷梁、裂幫，稀油潤滑的箱式振動器漏油、齒輪打齒、軸承溫升過高和噪聲大等問題，同時伴有傳動帶跳帶斷帶等故障[1CD*23]。這類問題直接影響了振動篩的使用壽命，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。為此，需要在設(shè)計初期即對其進(jìn)行動力學(xué)分析。

1有限元模型的建立

將激振器的質(zhì)量均勻分為8份作為附加質(zhì)量，采用MASS21質(zhì)量單元加于與側(cè)板連接的8個螺栓節(jié)點上。激振力也均勻分成8份作用于8個螺栓節(jié)點上。

振動篩有限元模型唯一的邊界約束就是隔振彈簧。為此，采用COMBIN14單元，對結(jié)點的垂直和水平位移進(jìn)行約束。

2靜應(yīng)力分析

靜應(yīng)力計算數(shù)據(jù)如表1所示。通過分析可知，振動篩篩框在正常工作情況下的應(yīng)力和停機(jī)過共振區(qū)工況下的最大應(yīng)力為254 MPa，篩板材料Q345的需用應(yīng)力為345 MPa，滿足設(shè)計要求。

表1　計算數(shù)據(jù)

3模態(tài)分析

3.1　模態(tài)分析

模態(tài)分析是用于確定系統(tǒng)振動特性即固有頻率和振型。約束添加在彈簧處的節(jié)點處，用分塊蘭索斯法提取模態(tài)。

用通用后處理器(POST1)輸出篩框自身前十階固有頻率如表2所示。圖1為第二階模態(tài)振型圖。結(jié)合根據(jù)篩框模態(tài)分析的前十振型圖，篩框在第三、六階和第八階固有頻率時變形很大，而在第九階和第十階模態(tài)時變化量也較大，在選擇篩機(jī)的工作頻率要決對的避開變形量高的固有頻率。振動篩的低階模態(tài)主要表現(xiàn)為彎曲運動，而高階模態(tài)主要表現(xiàn)為扭曲運動。

表2　篩框自身前十階固有頻率和振型　Hz

圖1　篩框第二階模態(tài)振型

根據(jù)有限元模態(tài)分析得出，篩框在第一階模態(tài)、第三階模態(tài)、第十階模態(tài)時，其側(cè)板的變形相對很大，如果工作頻率在這種情況范圍內(nèi)，側(cè)板的所承受的激振力及慣性力很大。第二、五、七階模態(tài)振型圖可以看出，靠近從圖1中與支承梁與側(cè)板接觸處相對的振型比較大。模態(tài)分析中的第六階模態(tài)、第八階模態(tài)和第九階模態(tài)時，篩框的側(cè)板相對扭轉(zhuǎn)很大。特別是第三階模態(tài)和第六階模態(tài)的振型比較大。如果工作系統(tǒng)工作在這2種情況下，那么系統(tǒng)將非常危險。系統(tǒng)過共振區(qū)話噪是很大的。

振動篩的工作轉(zhuǎn)速n是已知的，轉(zhuǎn)子偏心質(zhì)量引起的受迫振動頻率f=n/60=12 Hz，又由以上步驟求得篩體本身的固有頻率48.96 Hz=f1

4諧響應(yīng)分析

諧響應(yīng)分析用于分析持續(xù)的周期載荷在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中產(chǎn)生持續(xù)的周期響應(yīng)(諧響應(yīng))，以及確定線性結(jié)構(gòu)承受隨時間按正弦(簡諧)規(guī)律變化載荷時穩(wěn)定響應(yīng)的一種技術(shù)。針對作直線篩篩體，激振器上的激振力矢量合力是按隨周期變化的正弦函數(shù)，且振動方向為兩套激振器軸心連線的中垂線。因此，對于振動系統(tǒng)來說，預(yù)測機(jī)構(gòu)的諧響應(yīng)分析是非常重要的[4CD*26]。通過對振動篩機(jī)構(gòu)的動力特性分析，能夠驗證振動篩是否能夠成功地克服工作疲勞及其受迫振動引起的有害效果。

4.1　諧響應(yīng)分析

模態(tài)疊加法諧響應(yīng)分析是通過對模態(tài)分析得到的振型(特征向量)乘上因子并求和來計算出結(jié)果的響應(yīng)[7CD*29]。它有自帶的優(yōu)點，對于此方法運動速度相對更快且開銷小，可以使解按結(jié)構(gòu)的固有頻率聚集，這樣便可以產(chǎn)生更平滑、更精確的響應(yīng)曲線圖。

進(jìn)行諧響應(yīng)分析求解。通過時間歷程后處理器(POST26)進(jìn)行計算求解篩框上某節(jié)點的振動幅值和激勵頻率的關(guān)系圖。

根據(jù)靜力分析得出支承梁和篩體接觸處應(yīng)力比較集中及支撐梁中間處容易斷裂。在此，求解幾個關(guān)鍵節(jié)點，即左支承梁和篩幫接觸處諧響應(yīng)分析如圖2和圖3所示。右支承梁和篩幫接觸處諧響應(yīng)分析如圖4和圖5所示。支承梁中間在靜力分析時應(yīng)力集中，諧響應(yīng)分析如圖6和圖7所示。

4.2　計算結(jié)果的分析

圖2顯示了幅值隨頻率變化的曲線，在頻率51 Hz、72 Hz、105 Hz和112 Hz時Y方向會發(fā)生諧響應(yīng)共振，根據(jù)振動篩的工作頻率為12 Hz所以，節(jié)點293的Y方向，由圖3可以看出，節(jié)點9的X方向也不會在工作中發(fā)生諧響應(yīng)共振。所以右支承梁與篩幫接觸處，振動篩篩框不發(fā)生諧共振現(xiàn)象。

由圖4和圖5看出，對于左支承梁和篩幫接觸處，它的諧響應(yīng)振幅較小。共振區(qū)明顯超過了篩子的工作頻率。由圖6看出，對于左支撐梁中間處，在頻率為50 Hz時，諧響應(yīng)振幅值很大。但是，其中頻率遠(yuǎn)大于工作頻率。圖7也同樣顯示了在頻率50 Hz時，發(fā)生諧響應(yīng)共振，但相對來說振幅很小。左支撐梁中間處不會發(fā)生諧共振現(xiàn)象。

由篩框有限元諧響應(yīng)分析結(jié)果得出的結(jié)論，對振動篩篩框進(jìn)行諧響應(yīng)計算求解，容易斷裂的左支撐梁中間處Y方向在諧共振頻率處有很大的振幅，但篩機(jī)選擇的工作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其諧共振頻率。因此，振動篩不會發(fā)生諧響應(yīng)共振現(xiàn)象。而且其他地方諧響應(yīng)幅值很小，更不會發(fā)生共振。

5結(jié)束語

通過正常工作工況下的有限元分析和停機(jī)過共振區(qū)工況下的有限元分析，其應(yīng)力狀況都遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力，從而可以得出篩框的應(yīng)力狀態(tài)是安全的，并有比較大的安全裕度的結(jié)論。模態(tài)分析求出了振動篩的篩框的前十階固有頻率和相應(yīng)的振型，結(jié)果表明，篩框的各階頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其工作頻率，篩機(jī)工作時不會產(chǎn)生共振現(xiàn)象。諧響應(yīng)分析表明，振動篩的工作頻率也不在諧共振區(qū)內(nèi)，因此也不會發(fā)生諧響應(yīng)共振現(xiàn)象。對篩體進(jìn)行的強(qiáng)度分析、模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，結(jié)果表明了此篩機(jī)的安全裕度非常大，這雖然證明了此篩機(jī)的安全可靠性能很高，但也反映出其設(shè)計的不合理，主要的表現(xiàn)就是大量的材料來換取可靠的強(qiáng)度。

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