振動給料機支架優化設計

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振動給料機是一種廣泛用于冶金、煤炭、電力、化工、建材、輕工和糧食等行業給料設備[1]。通過其實現散料料倉與下部受料送達之間的物料轉接、過渡，其整體工作性能的優劣直接影響到物料的正常給料及效率。筆者結合秦港煤四期翻車機系統改造工程，對振動給料機支架在使用、維修中存在的問題進行系統分析和優化，尋求一種滿足新型振動給料機長期運行平穩性、可靠性的綜合優化改進方案。

1 情況簡介

振動給料機結構系統如圖 1 所示。作為翻車機系統和其他散料轉接料倉的重要配套裝置，振動給料機通常位于轉接料倉下口與下層受料帶式輸送機之間，通過其將煤炭、礦石等散料順利過渡至下層受料輸送帶上。其工作狀況直接影響到翻卸作業的正常進行。振動給料機由給料閘門、導料裙板、振動給料器及其支撐結構、頭部溜槽以及相關附件組成。

圖1 振動給料機結構示意

2 存在的問題

2.1 采用懸掛支撐

該設計造成振動的向上傳遞，在長期的振動作用下易造成上部支撐鋼結構開裂、連接螺栓松動、失效等問題。此外，給料機前部吊耳拉環裝置易發生斷裂，造成給料機傾斜，發生給料異常，甚至整體墜落事故。

2.2 給料器支架未考慮防共振

由于給料機電動機采用連續變頻控制調整給料速度，其給料頻率在 0～50 Hz 之間變化，當工作頻率與支架固有頻率發生重合時會產生共振，造成給料機工作異常、支架開裂及連接螺栓失效等問題。

3 優化改進方案

3.1 結構優化

如圖 2 所示，新型給料機支撐采用獨立落地式支撐門架結構。給料機與上部漏斗鋼結構之間相互獨立。工作時，振動不會傳遞到上部結構，而是通過支撐門架直接傳遞至下部基礎。將給料機安裝于落地門架獨立支撐式鋼結構上，能有效保持給料機斗體水平，減振效果好，自身撓度好，振動穩定適中，滿足給料要求。

圖2 改進后給料機結構示意

3.2 應力分析

圖3 模型力與約束的施加

將支撐門架模型導入 ANSYS Workbench 中進行靜力分析。對模型施加力與約束，如圖 3 所示，固定支撐門架下面的 4 個面，力在模型平面上，z方向7 500 N，y方向 2 500 N。材料為 Q235。

支撐門架總變形云圖和等效應力云圖分別如圖4、5 所示。由圖 4、5 可知，其等效應力最大處為24.884 MPa，遠小于 Q235 許用安全應力 150 MPa，結構強度滿足使用要求。

圖4 支撐門架總變形云圖

圖5 支撐門架等效應力云圖

3.3 防共振優化

對支撐門架固有頻率與工作頻率進行模態分析，以避開共振點。首先將支撐門架導入 ANSYS Workbench，進行模態分析，固定支撐門架下面 4 個底面，分析結果如圖 6、7 所示。

由圖 6、7 可知，給料電動機的工作頻率范圍為 0～16 Hz，而支撐鋼結構的前 10 階共振頻率皆遠離工作頻率，確保支撐鋼結構共振頻率有效避開給料機電動機的工作頻率范圍，從根本上避免了共振的發生。

4 結語

通過對新型振動給料機支撐結構的優化，采用防共振、落地式獨立支撐門架結構，極大滿足和改善了給料系統的運行穩定性和高效性，滿足了長期高位運行的要求，為其他同類振動給料機支撐結構的優化設計提供了經驗和借鑒。

圖6 給料機支撐門架約束模型

圖7 共振頻率分析結果