煙草輸送機中間架的模態仿真

秦皇島弘和機械有限責任公司 郭必成

煙草輸送機中間架的模態仿真

秦皇島弘和機械有限責任公司 郭必成

本文運用有限元分析的方法，以ZGC．4型煙草輸送機的中間架為分析對象，在計算機內存的許可范圍內，選擇精細的四面體網格，求解出中間架的模態頻率以及模態振型。通過多種設計方案的比較，最后決定只增加槽鋼的厚度，可以實現在不改動中間架其他零件定位尺寸的前提下，提高中間架的模態頻率，使中間架更不易發生共振。

中間架；彎曲振動；模態分析

0 前言

ZGC.4型煙草輸送機隨著電機轉速的提高以及中間架長度的增加，中間架振動和噪聲也將快速增加，特別是ZGC.4型中間架在340r/min運轉狀態下，其中間架彎曲振動加劇，影響煙草輸送效率。針對目前存在的問題，本文采用有限元分析的方法，對ZGC.4型中間架振動進行模態分析，并對有限元模型進行相應的修改，并在計算機上進行模擬設計，獲得提高中間架固有頻率的方法，為具體改進中間架設計提供理論依據。

1 結構簡介

中間架為槽鋼焊接而成，中間架兩側通過角鐵固接在支架上，中間架的中間支撐部分固定電機和偏心輪，中間架的上側連接振槽，中間架的下側連接平衡體。軸測圖如圖1所示。

其主要的結構參數如下：

槽鋼的厚度：8.5mm

中間架的長度：3000mm

中間架的高度：160mm中間架的寬度：812mm支撐鋼板間距：1860mm中間架的重量：290.9Kg

圖1 中間架軸測圖

圖2 中間架單元劃分圖

2 有限元模型

為了得到盡可能高的計算精度，有限元建模采用四面體單元[3,4]，只是對細微結構在不影響計算精度的條件下做了適當簡化，經過網格劃分后共有19791個單元，39438個結點，如圖2所示。

3 模態分析

機頭是自由端，而角鐵和支架焊接在一起，屬于固定端，所以在角鐵的根部施加約束[5,6]，將根部的位移設置為0。經過軟件計算，結構的前四階模態振型圖如圖3所示。

圖3 中間架前四階模態振型圖

通過有限元軟件的計算，一階固有頻率為61.368Hz，一階振型為中間架的左右搖擺運動，其中搖擺最大位置在中間架的中部。

4 計算機模擬改進設計

從現有的中間架的結構來看，一階模態振型是中間架中部的左右振動量較大，應增加中間架中部的約束，以減小中間架的振幅。本文通過模擬計算，發現增加中間架的厚度，可以不改變其他結構的定位尺寸，并且加工成本最低。為驗證此想法是否可行，用有限元方法進行分析，結果見圖4和表1。

圖4 改進后中間架前四階模態振型圖

表1 改進前后中間架前四階固有頻率表

從表1結果可知，經過結構改進設計以后，中間架的一階固有頻率提高了，改進前為61.368Hz，改進后為67.05Hz，提高了9.3%，一階共振不容易發生，保護了中間架上的零部件，為解決生產中振動較大的問題提供了有效的方法。

5 結論

（1）利用有限元軟件對中間架進行模態分析，在計算機內存允許的情況下，采用高密度的網格單元，并施加適當的約束，使計算結果與實際情況相吻合。

（2）通過虛擬模擬的方法，對中間架的結構進行改進，找到了提高共振頻率的方法，為實際生產中減小振幅過大的問題提供了解決方案。

[1]曹妍妍,趙登峰．有限元模態分析理論及其應用[J]．機械工程與自動化,2007(2):73-74．

[2]梁君,趙登峰．模態分析方法綜述[J]．現代制造工程,2006(8):138-141．

[3]袁安富,陳俊．ANSYS 在模態分析中的應用[J]．設計與研究,2007(8):80-82．

Modal Analysis of Tobacco Conveyer’s Middle Shelf

Guo Bicheng
（Qinhuangdao Honhe Machinery Co.，Ltd.，Hebei，066000）

FEA simulation method is applied to Middle shelf of ZGC.4 Tobacco conveyer. The model frequency and model tape are given which constraints with real work conditions are applied to Middle shelf and choosing more precise element and high density of meshing. Making use of the verifi ed FEA model，the simulation constructer design was done in the computer to fi nd methods that can increase the resonance frequency. With the compared of many plans，to increase the thickness of beam steel can increase resonance frequency of beam without other element modifi ed and avoid resonating in Middle shelf of ZGC.4 Tobacco conveyer.

Middle shelf；bending vibration；modal analysis