單梁激振篩有限元分析

左英杰，姚新港，董 浩

ZUO Ying-jie,YAO Xin-gang,DONG Hao

（中國礦業大學 機電工程學院，徐州 221116）

0 引言

篩分是煤炭生產中的重要中間環節之一，煤炭工業的迅速發展向篩分設備提出了更多的技術要求，如篩面大型化、降低能耗、運行可靠和環境保護等。近三十年來，篩分作為煤炭生產中的一個中間環節，篩分效率不僅影響著煤炭產業的生產率，而且直接關系到煤炭資源的合理利用率。振動篩在使用過程中容易出現各種各樣的問題，如不能及時的維修難免會影響工程的進度。本文以4DLS3682單梁激振篩為研究對象，用動力學基本原理作為基礎，以有限元分析軟件Ansys作為分析工具，結合單梁激振篩的結構特點，建立單梁激振篩的系統動力學模型，對其進行有限元分析，從而提高該振動篩的使用壽命。

1 單梁激振篩的結構及原理

單梁激振篩具有比一般振動篩高一倍的拋射強度，這點是目前其他結構振動篩都難以做到的。它主要使用在大中料篩分中，不容易堵孔，配以活動桿篩板也可以使用在細粒料的篩分，消除了篩孔的堵塞。圖1所示為單梁激振篩的結構示意圖。篩箱1用彈簧支撐在機架5上，激振器2安裝在大梁7上，激振器產生的定向激振力，帶動篩箱作簡諧往復運動。

2 單梁激振篩系統動力學分析

機械結構系統的動力分析工作通常主要由系統的動力特性分析（即求解結構系統的的固有頻率和模態振型）和當系統受到一定載荷時的動力響應分析兩部分構成。

圖1 單梁激振篩的結構示意圖

2.1 有限元模型的建立

在對單梁激振篩篩箱進行有限元分析時，首先必須正確的建立單梁激振篩篩箱的有限元模型。4DLS3682單梁激振篩的結構如圖2所示。單梁激振篩的結構主要有篩箱、激振器、減振彈簧和支撐裝置，篩箱總長8200mm，每段篩箱長2000mm、寬3600mm、高1000mm，工作頻率為960r/min。

由于4DLS3682單梁激振篩篩箱的結構零部件比較多，要想建立和設計結構完全相同的篩箱，工作量很大，也不需要。本文根據建模經驗對其進行簡化，簡化后的4DLS3682單梁激振篩篩箱模型，如圖3所示。

圖2 4DLS3682單梁激振篩

圖3 4DLS3682單梁激振篩篩箱模型

2.2 單梁激振篩篩箱的模態分析

模態分析作為動力學分析的起點，主要用于分析結構系統的振動特性（固有頻率和振型），系統的固有頻率和模態振型是承受動態載荷的重要參數，單梁激振篩工作在高頻振動狀態下，篩箱的振動特性直接關系到單梁激振篩的使用性能。對單梁激振篩篩箱進行模態分析，獲得篩箱的固有頻率和模態振型，并分析篩箱是否產生共振。

2.2.1 篩箱Ansys分析模型的建立

本文根據單梁激振篩的結構特點，選用了下列單元類型來建立單梁激振篩篩箱的分析模型：質量單元SOLID45，梁單元BEAM4，彈簧單元COMBIN14，殼單元SHELL63。根據單梁激振篩材料的選擇設置模型的材料參數，具體如下，E=210GPa，v=0.3，ρ=7850kg/m3。在模型建立過程中單元網格劃分起著至關重要的作用，所有分析都是在這個基礎上進行的。按照劃分原則，得到該振動篩的網格劃分模型，如圖4所示。

圖4 振動篩篩箱的網格劃分

2.2.2 篩箱模態分析的結果

應用ANSYS中的繪圖顯示功能可以看出各階主振型的振動形態和方向，圖5～圖7為振動篩篩箱的前6階模態振型。

圖5 第一和第二階模態振型

圖6 第三和第四階模態振型

由模態分析結果可得到如下結論：

圖7 第五和第六階模態振型

振動篩篩箱的固有頻率值的發生變化，但是工作頻率很好的被控制在第5階和第6階頻率之間，頻率裕度分別為43.9%和26.9%，能夠滿足設計要求，振動篩不會發生共振在此結構后，側板和橫梁處橫向剛度得到加強，整體變形量明顯減小，說明此方案是可行的。

3 結束語

針對單梁激振篩存在的諸多問題，基于Ansys對其進行有限元分析，使振動篩穩態工作時的應力值降低，提高結構的合理性，避免出現斷梁問題，而且可以更大程度的增大振動強度，有利于提高單梁激振篩的篩分效率和處理能力；本文所運用的分析及試驗測試方法不僅能提高單梁激振篩結構設計的合理性，使其運動可靠性大大提高，而且更能降低其生產成本，為單梁激振篩的推廣提供理論依據。

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