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振動電機(jī)激振的振動篩有限元分析
基于有限元分析軟件ANSYS，對一種用于糧食清理和分級并采用振動電機(jī)激振的直線振動篩進(jìn)行了動力學(xué)分析。通過進(jìn)行模態(tài)分析，獲得了振動篩篩體的前十五階固有頻率和對應(yīng)的振型；通過諧響應(yīng)分析，求出了其工作狀態(tài)下的動應(yīng)力分布。該分析對于研究此類振動篩的動態(tài)特性提供了一種新的方式，有利于其整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的現(xiàn)代化。
用于糧食清理和分級的振動篩是糧食篩分機(jī)械當(dāng)中的重要一類。隨著糧食產(chǎn)量的不斷增加以及糧食加工的日趨規(guī)模化和集約化，糧食振動篩正朝著大型化﹑高效率﹑高壽命的方向發(fā)展。根據(jù)其工作原理，振動篩篩體在強(qiáng)大的激振力交變載荷作用下很容易發(fā)生疲勞損壞，而現(xiàn)有的糧食振動篩的設(shè)計大多是建立經(jīng)驗(yàn)和簡單的強(qiáng)度計算上的，因而引入**的分析和設(shè)計方法勢在必行。本文以一種典型的采用振動電機(jī)激振的TQLZ型直線振動篩為例，建立了其篩體振動體系的簡化三維立體模型，然后利用大型有限元分析軟件AN-SYS，對其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析。從而在制造之前，對振動篩設(shè)計結(jié)構(gòu)的合理性提供了有價值的參考，進(jìn)而可進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。
1振動篩有限元模型的建立
1．1振動篩的結(jié)構(gòu)
用于糧食清理和分級的TQLZ型振動篩主要由篩體、進(jìn)出料裝置、傳動及支承裝置、機(jī)架等部分組成。其十分明顯的特點(diǎn)是：篩體支承在4個橡膠彈簧上，利用振動電機(jī)驅(qū)動篩體運(yùn)動。本文主要針對振動篩中由篩體、振動電機(jī)和橡膠彈簧組成的振動系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)特性分析，其力學(xué)模型如圖1所示。此類型振動篩篩體主要由殼體、側(cè)板、底板、彈簧支架等組成。兩臺振動電機(jī)安裝在篩體的兩側(cè)壁上，工作時產(chǎn)生某個方向的激振力，驅(qū)動篩體作往復(fù)直線運(yùn)動。橡膠彈簧用來支承和減振，可有效的防止共振，減少對基礎(chǔ)產(chǎn)生的沖擊。
1．2模型的建立與簡化
對于比較復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，模型的建立要與實(shí)際的系統(tǒng)完全等效是很困難的。因此，在利用ANSYS軟件進(jìn)行分析的過程中，一般根據(jù)分析目的的不同，對建立的模型進(jìn)行一定程度的簡化。針對所討論的振動篩的特點(diǎn)，篩體的各個部分均采用了shell93單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，用不同的殼單元實(shí)常數(shù)定義各部位厚度；彈簧的剛度分解成縱向剛度和橫向剛度，分別用com-bin14單元進(jìn)行模擬；振動電機(jī)用mass21單元來處理，建立剛化區(qū)域，將代表振動電機(jī)的質(zhì)量點(diǎn)剛化于振動電機(jī)安裝底板上，激振力施加于質(zhì)量點(diǎn)上。不考慮裝于篩體內(nèi)部的兩層篩面和篩體上表面兩個觀察窗口上的透明面板，略去所有的鉚釘孔和鉚釘以及固定用的螺栓，忽略所有圓角。
2振動篩的模態(tài)分析
在進(jìn)行振動篩的設(shè)計時，必須考慮振動現(xiàn)象。由于振動會造成結(jié)構(gòu)的共振或疲勞，從而破壞結(jié)構(gòu)，因此了解結(jié)構(gòu)本身具有的剛度特性即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，就可避免在使用中因共振因素造成的不必要的損失。模態(tài)分析主要用于確定結(jié)構(gòu)的振動特性，比如固有頻率和對應(yīng)的各階振型，它們是結(jié)構(gòu)承受動載荷的重要參數(shù)，也是其他各類動力學(xué)分析的基礎(chǔ)，因此對振動篩進(jìn)行模態(tài)分析是很有必要的。利用ANSYS軟件對振動篩篩體的有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，得出了振動篩篩體的前15階固有頻率見表1。
表1振動篩篩體的模態(tài)頻率計算結(jié)果
模態(tài)階數(shù)固有頻率（Hz） 模態(tài)階數(shù)固有頻率（Hz）
1 0．92493E－03 9 38．337
2 3．8705 10 43．693
3 4．204 11 147．025
4 6．8770 12 58．843
5 9．2973 13 63．079
6 10．175 14 64．079
7 31．1 15 1571．987
8 31．373
該振動篩的激振頻率為15．5Hz，介于第6階和第7階固有頻率之間。與第6階和第7階固有頻率對應(yīng)的振型如圖2所示。由此可知，在振動篩正常工作時，因?yàn)槠涔ぷ黝l率均遠(yuǎn)離*近的第6階和第7階固有頻率，故避免了產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
3振動篩的諧響應(yīng)分析
諧響應(yīng)分析的目的是研究振動篩在簡諧激振力的作用下，篩體的動態(tài)響應(yīng)。從而找出其工作狀態(tài)下的應(yīng)力分布規(guī)律，觀察應(yīng)力水平較高的區(qū)域。利用AN-SYS軟件對振動篩篩體有限元模型進(jìn)行諧響應(yīng)分析，得到了振動篩篩體在激振頻率下的應(yīng)力分布如圖3所示。圖3中顯示出篩體的底部、彈簧支架、振動電機(jī)安裝底板這幾個部位的應(yīng)力水平較高，*高的地方可達(dá)107Pa以上，與實(shí)際情況比較吻合。故該分析結(jié)果對振動篩結(jié)構(gòu)設(shè)計的進(jìn)一步改進(jìn)和完善提供了具有價值的參考。
4小結(jié)
運(yùn)用有限元軟件對振動篩進(jìn)行力學(xué)分析的研究很多，但基本上都是針對礦山或者冶金使用的振動篩。本文則針對糧食篩分和清理用的振動篩進(jìn)行研究，以一種典型的采用振動電機(jī)激振的直線振動篩為例，利用ANSYS軟件，建立了篩體振動系統(tǒng)的有限元模型，并對其進(jìn)行了動力學(xué)分析。通過進(jìn)行模態(tài)分析，獲得了振動篩篩體的前15階固有頻率和對應(yīng)的振型；通過諧響應(yīng)分析，求出了其工作狀態(tài)下的動應(yīng)力分布。從而為糧食篩分機(jī)械的現(xiàn)代化設(shè)計和研究進(jìn)行了有益的探索，為進(jìn)一步研究提供了參考。
