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1、焦作工学院学报(自然科学版),第20卷,第5期,2001年9月JournalofJiaozuoInstituteofTechnology(NaturalScience),Vol120,No15,Sep.2001振动筛筛框模态分析及动态响应12和世超,赵尚民(1.焦作重型机器厂,河南焦作 454000;2.河南振动机械股份有限公司,河南新乡 453000)关 键 词:振动筛;有限元法;模态分析;动态应力中图分类号:TH11311文献标识码:A文章编号:1007O7332(2001)05O0400O030 引 言振动筛是冶炼设备中的关键设备之一,该设备由于在重载、振动状态下工作,所以在动态
2、下常常会因出现各种形式的故障,甚至破坏(如裂缝)而造成严重的后果.以往对这种设备结构上的不合理可能引起的动态故障缺少必要的测试手段,因此往往在故障发生后才被重视.这在经济上造成了不可弥补的损失.基于动态分析原理,动用已有的测试手段及数字分析系统,对具有自同步振动器的振动筛的运动情况作了分析.用美国SDRC公司的IODEAS软件系统对河南太行振动机械股份有限公司为攀枝花钢铁股份有限公司(以下简称攀钢)生产的大型冷矿振动筛TZS3175进行了模态及动态分析,通过对振动筛筛框进行理论模态分析,找出了筛框刚性较强和容易发生的疲劳断裂部位.1 振动筛模态分析振动筛的动态特性一般包括两方面的内容:
3、一是结构的固有特性;二是筛机的动力响应.筛机结构的固有特性对动力响应有很大的影响,动力应是固有特性与激振力之和的综合表现.目前国家标准对振动筛动力响应的要求有两个:一是运动要求,如筛箱横向摆动小于1mm,两侧板对应点振幅差小于015mm;二是动应力小于2415MPa.要达到上述要求,必须在设计阶段对其结构的动态特性按一定的振型组合进行振动.这样,就可以从它的模型中识别出结构上出现的问题,为修改设计提供必要的依据.任何一个大型构件可以简化为多自由度的系统,振动筛也是如此,由于筛框均是由金属材料制-2-3成,故内阻很小,通常都在10～10量级,因此可以忽略不计,在外力{f(t)}的作用下,
4、在时域中的振动方程为[m]{x(t)}+[k]{x(t)}={f(t)},式中:[m]—质量矩阵;[k]—刚度矩阵;[x(t)]—响应矩阵.由于阻尼很小,所以构件在{f(t)}作用下所产生的响应{x(t)}其各阶模态振动型呈实模态形式.经过模态分析找出构件刚性较弱的部位,并对其结构进行改进.其动态性能的改善,主要取决于敏感界的固有频率的提高和最大振动幅的下降,如果固有频率提高了,最大振动幅下降了,则改进设计后的构件刚性有所提高.111 模型简化及网格划分振动筛筛框是一种板梁结构的构件,侧板上有加强部位,为反映筛框的确切实际状况,必须对筛框作网格划分.划分的程度既不要过于稠密以至无法分辨
5、,又要尽可能反映构件的实际构造,为此收稿日期:2001O01O23; 修回日期:2001O04O20作者简介:和世超(1975O),女,河南焦作人,助理工程师,从事环保机械设计及制造技术工作.©1994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第5期 和世超等:振动筛筛框模态分析及动态响应 401对筛框进行了网格划分,确定了4988个节点,2248个单元.此外,为准确反映振动筛的实际情况和方便计算,对
6、振动筛的零部件、结合件也作了一些相应的替换和简化.计算经验表明,这样处理不仅可使问题得到简化,而且能保证足够的计算精度.(1)侧板用薄壳单元.对其物理特性也作了定义:厚度16mm,在侧板的加强板以及有衬板相对应处地方再加上16mm的壳单元即厚度变为48mm,弹性模量E=81GPa,泊松比μ=0126,密度3ρ=7185g/cm.(2)对于弹簧单元,根据其刚度大小和弹簧的并联刚度等效,利用刚度等效用柔杆代替之.即杆拉伸时由式K=nk,K=EF/L式中:k—弹簧刚度;L—杆长度;E—弹性模量;K—弹簧总刚度;F—杆横截面积;n—弹簧数量.(3)大横梁和小横梁.由于在后处理中用梁单元不能明显
7、地显示其应力区域和位移变形,所以,用等效转动惯量的方法用板单元来代之.112 边界条件的确定由于振动筛的运动轨迹,可直接设定其边界条件,即:只放松X、Y方向的移动自由度和绕Z轴的自由度,只所以这样做,是由于振动筛的一些小于1的固有频率对研究没有意义,其中在振动筛起动和止动过程中出现而且夹杂有其它的干扰,对于和隔振架相连接的弹簧采用与地全部约束.对于横梁与侧板的连接,采用刚性连接.113 模态分析频带的确定动态分析是在有限的频率范围内对构件进行动
