选煤机弧形筛动力特性研究

张 强

（山西汾西矿业集团双柳煤矿洗煤厂， 山西 柳林 033300）

引言

弧形筛是选煤机零部件中承受动载荷最大、运行时间最长的。在选煤过程中，弧形带一直承受着大量散装物料的重力载荷，同时为防止筛缝堵塞，筛面弧形座和筛面在振动电机作用下承受很大的交变激振力的作用。在此力学环境下，选煤机弧形筛极易出现疲劳破坏现象，严重影响了选煤机的正常运转[1]。

选煤机弧形筛由振动电机、弧形座、物料筛箱和隔振弹簧等零部件组成，其工作原理为筛箱可以正常脱水脱介时，煤炭和水的混合介质通过筛面进行分离。当筛箱的筛面发生堵塞时，通过激振电机的小功率激振，使弧形筛产生谐振，从而使堵塞物在大强度振动作用下掉落。选煤机弧形筛原理图如图1所示。

图1 弧形筛原理图

1 选煤机弧形筛模态分析

模态分析以振动理论相关知识作为基础，获取系统的固有频率、振型及阻尼比。通过对选煤机筛板弧形座的模态分析，可以得到弧形座各阶固有频率及其振型，并从中选出最为合理的固有频率和振型[2]。

动力学分析是有限元分析中一项重要且较成熟的分析模块。本文中采用ANSYS有限元软件进行弧形筛模态分析。

1.1 弧形筛三维模型的建立

本文采用Pro/E建立弧形筛筛箱及弧形座的三维实体模型，并将其材料赋为Q235，其模型及材料参数如图2、图3及表1。

图2 筛箱

图3 弧形座

表1 Q235材料属性

1.2 弧形筛模态仿真

1.2.1 网格划分

将实体单元赋予材料后进行必要的简化，用SOLID186实体单元进行网格划分，采用自动划分方式，得到有限元模型如图4所示。

网格划分结果为138 506个四面体单元。

1.2.2 约束及载荷加载

根据选煤机弧形筛安装实际工况对弧形筛进行约束，并施加重力载荷，其约束及载荷简图如图5所示。

1.2.3 求解及结果分析

图4 弧形座有限元模型

图5 弧形座约束简图

对上述模型进行求解，得到弧形座前十阶固有频率及其振型如表2及图6所示。

表2 前十阶固有频率及其振型

根据上述模态分析可知，弧形筛三阶模态振型为筛板弧形座整体的弯曲振动，且其振动方向为选煤机工作时所需方向。因此，可通过此结果调整激振电机，将其振动频率调整至26.133Hz或其附近，弧形筛将产生谐振，从而产生较大振幅。

2 选煤机弧形筛多体动力学分析

通过多体动力学仿真可以得到弧形筛振动情况及其受力情况，从而选出合适的激振电机激振频率。

2.1 多体动力学模型建立

将前述简化后的弧形筛三维模型导入到多体动力学软件ADAMS，并通过仿真软件赋予三维模型各部分材料属性及约束关系，其中，激振电机与轴之间为旋转约束，弧形座与固定支架间为固定约束。添加完各项约束关系后，选煤机弧形筛多体动力学模型如图7所示。

图6 弧形座前十阶模态振型

图7 弧形筛多体动力学模型

前述分析中，若将激振频率选定在弧形座三阶固有频率附近，可得到期望的振型。因此，将激振电机的振动频率取f=26 Hz，则电机偏心块的转速为n=26 r/s，其转化为角速度为9 360 rad/s。

将上述参数通过STEP函数输入到ADAMS中，绘制其转速曲线如图8所示。

图中，从0～1 s为激振电机启动过程，转速从0加速至26 r/s（9 360 rad/s）。激振电机正常工作时，电机转速保持不变。激振电机9 s开始停机，1 s内转速降至0。

图8 电机偏心块转速曲线

2.2 仿真结果及分析

仿真时间设置为10 s，通过上述模型进行仿真，分别得到弧形座及筛箱质心的位移曲线如下页图9—12所示。

由图9—12可以得出，弧形座和筛箱在激振电机稳定工作状态时等幅振动，弧形座x、y方向上的位移均为5mm；筛箱质心处x、y方向上的位移均为0.4mm。弧形座的振动幅度大致为筛箱振幅的12.5倍，在有效利用弧形座振幅的同时，可最大限度地减小筛箱本身的振动幅度，避免筛箱的疲劳损坏。

图9 弧形座x方向位移

图10 弧形座y方向位移

3 结论

1）通过弧形筛模态分析，得出了选煤机弧形筛的前十阶模态及其振型，为激振电机选型及电机频率选择提供理论依据；

2）由弧形筛动力特性分析，初步得出所建立模型下电机转速选择方法及其振动结论。同时为以后弧形筛动力选择提供方法。

图11 质心处x方向位移

图12 质心处y方向位移