ZS2460直线振动筛筛体动力学分析研究

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(沈阳工程学院机械学院，辽宁 沈阳 110136)

Dynamic Analysis and Study of ZS2460 Linear Vibrating Screener

CHONG Yuncao，LI Xiangsong

(School of Mechanical Engineering，Shenyang Institute of Engineering，Shenyang 110136，China)

ZS2460直线振动筛筛体动力学分析研究

种云超，李祥松

(沈阳工程学院机械学院，辽宁 沈阳 110136)

Dynamic Analysis and Study of ZS2460 Linear Vibrating Screener

CHONG Yuncao，LI Xiangsong

(School of Mechanical Engineering，Shenyang Institute of Engineering，Shenyang 110136，China)

摘要：以ZS2460直线振动筛为对象，通过动力学可视化仿真，模拟筛机实际受力情况，进行强度校核；确定机械产品零部件的固有动态特性，可获知现有激振频率是否引起系统共振；确定在给定激励下的响应情况，在机械产品制造之前，获知所设计的产品在给定激励下的响应情况，检验响应是否达到要求，从而使产品在设计阶段就能保证拥有优异的结构性能。

关键词：直线振动筛；动力学；模态；谐响应

中图分类号：TD452

文献标识码：A

文章编号：1001-2257(2015)03-0005-03

收稿日期：2014-12-29

基金项目：辽宁省教育厅科研基金资助项目(L2014519)

Abstract：From the viewpoint of linear vibrating screen，the structure strength is calculated and checked by the visualization of dynamic results; the natural frequency and vibration of mechanical product's components are analyzed，this can know whether excitation frequency would cause resonance; The dynamic responses of the design of products were obtained before machinery manufacturing，all those verified whether the responses meet the requirements. So that products can be guaranteed has excellent structural performance at the design stage.

作者简介：种云超(1991-)，男，辽宁朝阳人，本科在读，研究方向为煤矿机械；李祥松(1979-)，男，辽宁沈阳人，讲师，研究方向为煤矿机械。

Key words：linear vibrating screen; dynamics; model; harmonic response

0引言

目前国内各种选煤厂使用的设备中，振动筛是问题较多、维修量较大的设备之一。这些问题突出表现在筛箱断梁、裂帮，稀油润滑的箱式振动器漏油、齿轮打齿、轴承温升过高和噪声大等问题，同时伴有传动带跳带断带等故障[1CD*23]。这类问题直接影响了振动筛的使用寿命，严重影响了生产。为此，需要在设计初期即对其进行动力学分析。

1有限元模型的建立

将激振器的质量均匀分为8份作为附加质量，采用MASS21质量单元加于与侧板连接的8个螺栓节点上。激振力也均匀分成8份作用于8个螺栓节点上。

振动筛有限元模型唯一的边界约束就是隔振弹簧。为此，采用COMBIN14单元，对结点的垂直和水平位移进行约束。

2静应力分析

静应力计算数据如表1所示。通过分析可知，振动筛筛框在正常工作情况下的应力和停机过共振区工况下的最大应力为254 MPa，筛板材料Q345的需用应力为345 MPa，满足设计要求。

表1　计算数据

3模态分析

3.1　模态分析

模态分析是用于确定系统振动特性即固有频率和振型。约束添加在弹簧处的节点处，用分块兰索斯法提取模态。

用通用后处理器(POST1)输出筛框自身前十阶固有频率如表2所示。图1为第二阶模态振型图。结合根据筛框模态分析的前十振型图，筛框在第三、六阶和第八阶固有频率时变形很大，而在第九阶和第十阶模态时变化量也较大，在选择筛机的工作频率要决对的避开变形量高的固有频率。振动筛的低阶模态主要表现为弯曲运动，而高阶模态主要表现为扭曲运动。

表2　筛框自身前十阶固有频率和振型　Hz

图1　筛框第二阶模态振型

根据有限元模态分析得出，筛框在第一阶模态、第三阶模态、第十阶模态时，其侧板的变形相对很大，如果工作频率在这种情况范围内，侧板的所承受的激振力及惯性力很大。第二、五、七阶模态振型图可以看出，靠近从图1中与支承梁与侧板接触处相对的振型比较大。模态分析中的第六阶模态、第八阶模态和第九阶模态时，筛框的侧板相对扭转很大。特别是第三阶模态和第六阶模态的振型比较大。如果工作系统工作在这2种情况下，那么系统将非常危险。系统过共振区话噪是很大的。

振动筛的工作转速n是已知的，转子偏心质量引起的受迫振动频率f=n/60=12 Hz，又由以上步骤求得筛体本身的固有频率48.96 Hz=f1

4谐响应分析

谐响应分析用于分析持续的周期载荷在结构系统中产生持续的周期响应(谐响应)，以及确定线性结构承受随时间按正弦(简谐)规律变化载荷时稳定响应的一种技术。针对作直线筛筛体，激振器上的激振力矢量合力是按随周期变化的正弦函数，且振动方向为两套激振器轴心连线的中垂线。因此，对于振动系统来说，预测机构的谐响应分析是非常重要的[4CD*26]。通过对振动筛机构的动力特性分析，能够验证振动筛是否能够成功地克服工作疲劳及其受迫振动引起的有害效果。

4.1　谐响应分析

模态叠加法谐响应分析是通过对模态分析得到的振型(特征向量)乘上因子并求和来计算出结果的响应[7CD*29]。它有自带的优点，对于此方法运动速度相对更快且开销小，可以使解按结构的固有频率聚集，这样便可以产生更平滑、更精确的响应曲线图。

进行谐响应分析求解。通过时间历程后处理器(POST26)进行计算求解筛框上某节点的振动幅值和激励频率的关系图。

根据静力分析得出支承梁和筛体接触处应力比较集中及支撑梁中间处容易断裂。在此，求解几个关键节点，即左支承梁和筛帮接触处谐响应分析如图2和图3所示。右支承梁和筛帮接触处谐响应分析如图4和图5所示。支承梁中间在静力分析时应力集中，谐响应分析如图6和图7所示。

4.2　计算结果的分析

图2显示了幅值随频率变化的曲线，在频率51 Hz、72 Hz、105 Hz和112 Hz时Y方向会发生谐响应共振，根据振动筛的工作频率为12 Hz所以，节点293的Y方向，由图3可以看出，节点9的X方向也不会在工作中发生谐响应共振。所以右支承梁与筛帮接触处，振动筛筛框不发生谐共振现象。

由图4和图5看出，对于左支承梁和筛帮接触处，它的谐响应振幅较小。共振区明显超过了筛子的工作频率。由图6看出，对于左支撑梁中间处，在频率为50 Hz时，谐响应振幅值很大。但是，其中频率远大于工作频率。图7也同样显示了在频率50 Hz时，发生谐响应共振，但相对来说振幅很小。左支撑梁中间处不会发生谐共振现象。

由筛框有限元谐响应分析结果得出的结论，对振动筛筛框进行谐响应计算求解，容易断裂的左支撑梁中间处Y方向在谐共振频率处有很大的振幅，但筛机选择的工作频率远远小于其谐共振频率。因此，振动筛不会发生谐响应共振现象。而且其他地方谐响应幅值很小，更不会发生共振。

5结束语

通过正常工作工况下的有限元分析和停机过共振区工况下的有限元分析，其应力状况都远小于许用应力，从而可以得出筛框的应力状态是安全的，并有比较大的安全裕度的结论。模态分析求出了振动筛的筛框的前十阶固有频率和相应的振型，结果表明，筛框的各阶频率远远大于其工作频率，筛机工作时不会产生共振现象。谐响应分析表明，振动筛的工作频率也不在谐共振区内，因此也不会发生谐响应共振现象。对筛体进行的强度分析、模态分析和谐响应分析，结果表明了此筛机的安全裕度非常大，这虽然证明了此筛机的安全可靠性能很高，但也反映出其设计的不合理，主要的表现就是大量的材料来换取可靠的强度。

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