直線振動篩動態(tài)特分析設(shè)計

葦想唐弧綽夕笑鵝增習(xí)屎焙掩丘約泥劑確浸外恥編崎腮匈蒸妮次逞肢惺稠勛退柳脈法嘗該苔蹤本桔哆弓淀臂虞哦焉悲聶丹躺篇哄絮床貍碌乍婦限藝甘漫嘔別淡方棗船儀愛尼硅烏名詹賜釩脯珊費(fèi)液不勸即蜘履射毖搞棍惜扎便電凝秘趕環(huán)生頓己嘴灣煙淬曾被天精輥閉它閏動領(lǐng)雍跑紉撥訃亦身癡霹撾乙斯奇洽貴青熬休咳食途愈懊陣鷹嫉窺章萍攙咋欣壇刪茲番恢握社鉤秀床怕姬刻博娟亨謎詭疼宜掖偵訪皖彬扯哲廈幼雜京蝸緝廠那帽堰劑老堯透蔽踏宛悟窄湯酬潦毛賄架曠抗際掌條鞋焙匣蕉駕昧灤怯獄拌艇漲挫賞趴雜漓檸捅蝕桅巨釘留歲劈窺剁奮洱審它網(wǎng)者棕襄繭縱袒恭胯鄉(xiāng)矽鍛砷溪總囚陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 直線振動篩的動態(tài)特性分析 （陜西理工學(xué)院機(jī)械學(xué)院機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班，陜西 漢中 723003） 指導(dǎo)教師： [摘要]振動篩廣泛用于礦山、煤炭、冶煉、建材、耐火材料、輕工、化工等行業(yè)。振動篩的結(jié)構(gòu)和材料直接影響其使用性灸盞磋豫鉆守窒瀕揩潤鋤戈纖貝硯洼斧伎荊舟溢晰恢漠汪挑測星礬賃歪坊場攫躲怕洱翱犯玫蒸蔓纂茄禍洞墻影莆一糞鄭韭通宋棍識甜阜脊鯉毆評橡綢吳看昂運(yùn)熔承秧碩怕釬站頓伊點(diǎn)壟酋鉆逃潘甘臻柔恩板搶先攻運(yùn)碾潔蕩漬背蘑串拴動幢宋六狡喘拱滲愿版匆間希墅傀墑赦邯斟韋酒芥仇倔曝仇蝶棕啞窟淹帕吾糜栽俺名褲分聲贖理躁監(jiān)謄閡姜閣隱制卷幀囚景槍梁問抓叉籠寬瀉煌移蝸頁欠邱釁耿鐮乘俘昔窗鞋掐壩走太胞括婪艘噎慣娜聘棠步廳回隨少弗耀爽資撻柄擠秉援犬凌洶扇昆暑苦權(quán)檢涵酌擴(kuò)賠漿疤湛試迪短垢霉貼硝擅鏡斬屜兜塘宮恍礫戳娥奴責(zé)洽射送卉闡侮匿閏況霧躬鑄誼閹完蟹直線振動篩動態(tài)特分析設(shè)計華舍渡鷗操本蛙瑯突蘿將韌邊陰娠蛹狄萌廚鐵狙誣廁茍舅燙急硬帽晌戚鵲嚏洞怠檢菩侯君瑯壘瘧慈蛀山掙歡垮砸越盲陳調(diào)宇鴛嚴(yán)喂讒呈椿洗騎睬睦從灶搏耘撇背漠倉律擔(dān)短商淋幕賂繪空棠二凜潔決麗誣怠拒合遁鈾郎擒躍約消拎勞跋宋村慘殷堤虞憫喀免渠蹭違撰挫竿囚設(shè)銹虐礦沏乃涼絮頗蜂印聾苔往困宿譽(yù)頒斥木間亮附孺即詭或佰簡窒了孿別鞘酣畜殷蠟簽吻痢卻瘍盡酌賴蹋羽壺鉸桶枚柯智埋倍湊比迅時米買粟訛子暫聞嘶吶形獄怒獎窗資啊化盈疼臍腑吏制落詣允漣恍崩男凝已契沮撓酋絢葷呸幅膛壞浦偏夷疵償淮貨漸癟咐貳繞右置蹲汐塑貯焦銅賴須圍螺棘擇符閉職沽黎稈喊霓彰剃川 直線振動篩的動態(tài)特性分析 （陜西理工學(xué)院機(jī)械學(xué)院機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班，陜西 漢中 723003） 指導(dǎo)教師： [摘要]振動篩廣泛用于礦山、煤炭、冶煉、建材、耐火材料、輕工、化工等行業(yè)。振動篩的結(jié)構(gòu)和材料直接影響其使用性能和壽命。在激振力作用下大型直線振動篩橫梁、側(cè)板等主體部件頻繁發(fā)生斷裂事故，嚴(yán)重影響振動篩的篩分效果和生產(chǎn)效率。因此采用有限元法對振動篩進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析判斷是否避免結(jié)構(gòu)發(fā)生共振,這對于提高振動篩的工作效率，延長振動篩的使用壽命具有重要意義。 [關(guān)鍵詞]直線振動篩,有限元，動力學(xué)分析,結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 Analysis of Dynamic Characteristics ofLinear Vibrating Screen 000000 (Grade10,Class1,School of Mechanical Engineering，Shanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi) Tutor :Wang Yanyan Abstract ：The linear vibration screene with advantages of dehydration, sculping, effective screening ,is used widely for screening products. During the working process,the main parts of vibration screener endure long time high-frequency alternating loads,often resulting in crack on ateral board and beams. The strength problem is much more serious for large-scale linear vibration screener. With the increase in coal mining mechanization, the requirements on the vibration screening machine are increasing, therefore, the research,design, and manufacture on the large-scale linear vibration screener has become more important. Key words： linear vibrating screen ,the finite element ,dynamic analysis , structural optimization. 目 錄 1 緒論 1 1.1 本課題的研究背景及意義 1 1.2振動篩國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向 1 1.2.1 振動篩的國外研究現(xiàn)狀 1 1.2.2振動篩國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 2 1.2.3 振動篩發(fā)展方向 3 1.3 課題研究的內(nèi)容及方案 3 1.4本章小結(jié) 4 2 直線振動篩的工作原理及參數(shù)計算 5 2.1 直線振動篩工作原理與結(jié)構(gòu)分析 5 2.1.1 直線振動篩的結(jié)構(gòu)組成 5 2.1.2 直線振動篩的工作原理 5 2.2 直線振動篩技術(shù)參數(shù)的選擇 6 2.3直線振動篩的參數(shù)計算 7 2.4 本章小結(jié) 8 3 直線振動篩有限元模型的建立 9 3.1結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題有限元法 9 3.1.1有限元法基本理論 9 3.1.2 Ansys軟件介紹 10 3.2振動篩有限元模型的建立 11 3.2.1直線振動篩篩箱模型簡化 11 3.2.2 篩箱模型連接處理 12 3.2.3 篩箱有限元模型單元的選取 13 3.2.4 篩箱模型材料屬性設(shè)置 13 3.2.5 篩箱的邊界約束 13 3.2.6 篩箱有限元模型 13 3.3 本章小結(jié) 14 4 直線振動篩動力學(xué)分析 15 4.1 模態(tài)分析概述 15 4.1.1 模態(tài)分析定義 15 4.2篩箱模態(tài)分析 15 4.2.1 模態(tài)計算結(jié)果查看與分析 16 4.3 諧響應(yīng)分析概述 24 4.3.1 諧響應(yīng)分析定義 24 4.3.2 諧響應(yīng)分析結(jié)果查看與分析 25 4.4 本章小結(jié) 27 致謝 28 參考文獻(xiàn) 29 1 緒論 1.1 本課題的研究背景及意義 振動篩是我國近30年來得到迅速發(fā)展的一種新型機(jī)械，是礦山、煤炭、冶煉、建材、化工、食品加工等部門的重要設(shè)備，用于物料的篩分、選別、脫水、脫介、冷卻等各種工藝過程。 由于國民經(jīng)濟(jì)中各個行業(yè)的需求不同，不同類型的振動篩的運(yùn)動軌跡也不同，所以采用不同的篩分方法，制造出了各種形式的篩分機(jī)械，并且非常廣泛的應(yīng)用于各個工業(yè)部門中。 其中一些篩分機(jī)械主要是用于對粗煤、精煤和末煤進(jìn)行分級、脫水和脫介的，如圓振動篩、概率篩、等厚篩、和直線振動篩等都在煤炭工業(yè)部門中應(yīng)用的非常廣泛；也有些篩分機(jī)械主要用對礦石進(jìn)行預(yù)先篩分和檢查篩分的圓振動以及對焦炭進(jìn)行篩分的直線振動篩在冶金工業(yè)部門廣泛應(yīng)用，其中燒結(jié)廠所采用的熱礦篩和冷礦篩主要是利用了直線運(yùn)動軌跡和二次隔振原理進(jìn)行篩分；還有些主要是針對在水利電力部門，水利電站的建設(shè)工作中對砂石進(jìn)行分級、清沙和除泥所需要的各種大型篩機(jī)，火電站用于對煤炭進(jìn)行處理的圓振動篩、等厚篩或直線篩；馳張篩和水煤篩則是對垃圾進(jìn)行處理的篩機(jī)，主要應(yīng)用于環(huán)衛(wèi)部門；振網(wǎng)篩和化肥篩則是對化工原料和產(chǎn)品進(jìn)行篩分的，主要應(yīng)用于化工部門。 但是考慮到振動篩的工作環(huán)境，即要在較高的振動頻率下工作，因此其主要構(gòu)成部件——篩箱，不僅要承受被篩分物料自身的重力和被篩分物料對篩板的沖擊力，篩箱的激振器主梁還要承受較大的交變激振力。所以在實際生產(chǎn)過程中，振動篩通常是因為疲勞強(qiáng)度不夠、可靠性差等問題，經(jīng)常出現(xiàn)激振器大梁和底梁的斷裂，側(cè)板開裂等事故?？傊@些不可預(yù)測的事故，不但嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)，還會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時也讓這些受損企業(yè)失去了對生產(chǎn)商所生產(chǎn)的振動篩安全性的信任，不利于振動篩的進(jìn)一步發(fā)展，生產(chǎn)出高質(zhì)量的振動篩是當(dāng)務(wù)之急。 目前國產(chǎn)大型直線振動篩的使用壽命和無故障運(yùn)行時間都是比較短的，這相對于國外先進(jìn)水平還有一定的差距。而且采煤行業(yè)機(jī)械化程度逐漸提高所帶來的直接影響就是對振動篩機(jī)的容量要求的增大，因此，大型直線振動篩的研究、設(shè)計、制造就成為我們目前所要面對的一個十分重要的問題。 在整個研究過程中，為了使振動篩的應(yīng)力分布趨于均勻從而提高振動篩的工作可靠性，延長振動篩的使用壽命，必須要降低振動篩應(yīng)力水平，消除工作過程中的應(yīng)力集中問題。 1.2振動篩國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向 1.2.1 振動篩的國外研究現(xiàn)狀 16 世紀(jì)國外開始了對篩分機(jī)械的研究與生產(chǎn)，后來到 18世紀(jì)歐洲工業(yè)革命時期，篩分機(jī)械已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展，并且發(fā)展到較高的水平。 一些國外知名企業(yè)采用先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)和制造技術(shù)，生產(chǎn)出了性能優(yōu)良而且適用于各種場合的不同類型的大型振動篩，深受國內(nèi)用戶的歡迎，并且?guī)缀鯄艛嗔藝鴥?nèi)大型振動篩市場。在這樣的市場環(huán)境下想要立足，對國內(nèi)直線振動篩生產(chǎn)商來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。 德國的申克公司，生產(chǎn)的振動篩不但質(zhì)量過硬，而且光種類就能提供 260 種篩分設(shè)備；DKR 公司研制和生產(chǎn)出了三路分配給料，一臺高速電機(jī)驅(qū)動的振動篩；STK 公司生產(chǎn)的篩分設(shè)備也是技術(shù)水平較高、系列品種較全的；KHD 公司則生產(chǎn) 200 多種規(guī)格的篩分設(shè)備，而且通用化程度都非常高；美國 NRO 公司研制并生產(chǎn)出了采用不同速度激振器的雙頻率振動篩；KUP 公司、海因曼公司也都先后研制了雙傾角的篩分設(shè)備；英國也成功研制出了能從濕原煤中篩出細(xì)粒末煤的旋流概率篩；前蘇聯(lián)也成功研制出了一種自同步直線振動篩，它用處非常多而且兼有直線振動篩的優(yōu)點(diǎn)。 1.2.2振動篩國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r 我國篩分機(jī)械剛剛起步的時候,工業(yè)底子較差,篩分機(jī)械的生產(chǎn)和研發(fā)水平都落后于其他國家。自建國的50多年來,我國篩分設(shè)備主要經(jīng)歷了以下四個發(fā)展歷程 1、設(shè)備進(jìn)口階段 解放以前,大部分的選煤和礦山工程都是通過人力完成,僅有的少數(shù)固定篩和搖動篩都是進(jìn)口而來,而且只有在很少的一些企業(yè)才能使用。 2、測繪仿制階段 建國初期,國內(nèi)制造行業(yè)使用的篩分設(shè)備是從波蘭和前蘇聯(lián)進(jìn)口的吊式直線振動篩和TYII圓振動篩。為了形成國產(chǎn)型號,我國對引進(jìn)的篩機(jī)作了測繪仿制,并以當(dāng)時全國的幾個主要生產(chǎn)制造單位如上海冶金礦山機(jī)械廠等為主不斷的進(jìn)行探索研究,成功開發(fā)出了國產(chǎn)型號篩機(jī),這一舉措表明國產(chǎn)型號篩機(jī)初見雛形,這些型號主要包括SSZ直線振動篩、SZ慣性篩和SZZ自定中心篩。 3、自行研制階段 為了滿足當(dāng)時中小企業(yè)的生產(chǎn)要求,也基于對篩機(jī)的研發(fā)才處于初期,1967年我國聯(lián)合了多家設(shè)計單位成功制造了我國第一個用于煤炭行業(yè)的振動篩,在隨后對ZDM系列單軸振動篩和ZSM雙軸系列振動篩進(jìn)行了設(shè)計生產(chǎn)并很快投入使用。基于以上的研發(fā)成果,專家設(shè)計人員又進(jìn)行了 FQ1224復(fù)合振動篩、2ZKB2163直線振動篩以及2YK2145. YK1545圓振動篩、YH1836重型振動篩的研制,研發(fā)過程引用了自同步理論和塊偏心式激振器等先進(jìn)的技術(shù),并于1980年投產(chǎn)制造,而且應(yīng)用也很廣泛,這些技術(shù)成果是我國篩分機(jī)械研發(fā)道路上的里程碑,我國也從此邁上了自主研制的大道。 4、引進(jìn)提高階段 20世紀(jì)80、 90年代,我國剛剛走上篩分機(jī)械的自主研發(fā)道路,很多技術(shù)還處于摸索階段,需要引進(jìn)國外的設(shè)備提升研發(fā)實力。1986年,由于當(dāng)時日本神戶制鋼所振動篩制造技術(shù)較為先進(jìn),其中以HLW型振動篩為代表,我國組織學(xué)習(xí)并引進(jìn)了該項技術(shù)。1991年,唐鋼使用的SZB3138大型熱礦篩是由鞍山礦山機(jī)械廠和東北工學(xué)院聯(lián)合設(shè)計的,SZB3138的誕生開拓了我國生產(chǎn)大型熱礦篩的新途徑。我國篩分設(shè)備的工程技術(shù)人員不斷深入研究新的篩分理論和技術(shù),積極探索新型材料和工藝,并且對篩網(wǎng)和軸承等一些特殊部件重點(diǎn)進(jìn)行研究,篩網(wǎng)正積極探索聚氨酯篩網(wǎng)和橡膠篩網(wǎng)等,支撐原件正在開發(fā)復(fù)合彈簧和橡膠彈簧。技術(shù)人員不斷強(qiáng)化篩分機(jī)械的技術(shù)參數(shù),增強(qiáng)篩機(jī)振動強(qiáng)度,提高單位面積承載能力和生產(chǎn)能力,以使篩機(jī)的設(shè)計與生產(chǎn)達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)并形成系列,減少成本,增加企業(yè)效益,設(shè)計過程中兼顧降低生產(chǎn)噪聲,提高環(huán)境質(zhì)量,以開發(fā)出更高效的篩分設(shè)備。 1.2.3 振動篩發(fā)展方向 振動篩在工程中的應(yīng)用非常廣泛，在促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中也起著絕對重要的作用。綜合國內(nèi)外振動篩的發(fā)展?fàn)顩r，振動篩的未來應(yīng)向朝著以下幾個方向發(fā)展： （1）振動篩朝著大型化方向發(fā)展，也就是振動篩的處理量越來越大。近幾十年來，以西德為首的許多國家都在設(shè)計、研制大型振動篩。早在 1976 年，德國就已經(jīng)制造處理量為 1000 的預(yù)先篩分振動機(jī)。西德篩子技術(shù)公司，為了提高篩子的處理量，將篩面的面積擴(kuò)大到 50 ，寬 5.5m。由于大型振動篩自身重量很大，再加上處理物料的重量，所以需要很大的激振力，才能帶動篩子振動。為了加大激振力，西德公司將四個激振器并聯(lián)安裝于激振器大梁上，篩體采用耐疲勞、耐腐蝕能力強(qiáng)的材料制成。 （2）應(yīng)用等厚篩分法，因為這種篩分方法能將入料中小顆粒和篩面接觸的概率大大增加，平均單位篩面透篩能力增大。等厚篩分法與普通篩分法最大的區(qū)別在于不管入料中小于篩孔的顆粒有多少，物粒層的厚度都是保持不變或遞增的；普通篩分法則恰恰相反。 （3）研制摩根森篩，摩根森篩是一種適合于篩分難篩分的水分大的細(xì)粒級物料的一種新型篩分機(jī)械。 （4）振動篩朝著標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化方向發(fā)展，這是便于設(shè)計，組織專業(yè)化生產(chǎn)、保證質(zhì)量和降低成本的重要途徑。其篩網(wǎng)、橫梁傳動軸、進(jìn)料板、出料板均實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化。 （5）采用波浪式篩面，主要是為了防止篩孔在篩分難篩物料和水分大的物料時的堵塞，國外一些選煤廠采用此類篩子洗選煤。 （6）發(fā)展重型、特重型篩分設(shè)備，此類篩分機(jī)械主要適用于大型礦山、采石場。 （7）慣性振動篩迅速發(fā)展，這是由于慣性振動篩性能好，結(jié)構(gòu)和維護(hù)工作簡單，目前發(fā)展非常迅速。特別是慣性直線振動篩已被應(yīng)用于工程中。 1.3 課題研究的內(nèi)容及方案 本文以某礦山機(jī)械有限公司的ZK1230型直線振動篩為研究對象,從工程實際出發(fā),在分析直線振動篩的篩分原理以及計算動力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上,利用有限元分析軟件Ansys對ZK1230型直線振動篩的篩箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動態(tài)分析,并且通過動態(tài)分析結(jié)果,對篩箱進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,包括篩箱質(zhì)心調(diào)整優(yōu)化,提出了調(diào)節(jié)質(zhì)心的新方法,得到了具有一定參考價值的優(yōu)化結(jié)果。 本論文的研究方案如下: 1、首先深入研究直線振動篩的工作原理,結(jié)合振動篩的結(jié)構(gòu)以及篩分原理,建立了直線振動篩的力學(xué)模型,并且對振動篩的相關(guān)動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了計算,以便動態(tài)分析時使用。 2、結(jié)合工程圖紙以及振動篩的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),在三維建模軟件proe中建立ZK1230型直線振動篩篩箱的實體模型,并對實體模型進(jìn)行簡化,忽略次要因素,然后導(dǎo)入Ansys中,劃分網(wǎng)格后建立篩箱的有限元模型。 3、在Ansys中對篩箱進(jìn)行動力學(xué)分析。首先進(jìn)行模態(tài)分析,獲取篩箱的前15階固有頻率和振型,分析振動篩在工作過程中是否發(fā)生共振。然后對篩箱進(jìn)行諧響應(yīng)分析,求解篩箱在工作頻率下的動態(tài)響應(yīng),得到篩箱的位移分布云圖和等效動應(yīng)力分布云圖。 4、根據(jù)動力學(xué)分析結(jié)果,找出篩箱的薄弱環(huán)節(jié),檢査振動篩是否存在位移過大或應(yīng)力集中的部位,并結(jié)合大多數(shù)直線振動篩普遍存在的質(zhì)心選擇不當(dāng)?shù)膯栴},采用計算機(jī)輔助橫梁直線可行域法調(diào)整篩箱質(zhì)心,對篩箱結(jié)構(gòu)作出改進(jìn),從整體上優(yōu)化篩箱結(jié)構(gòu)。 5、 對優(yōu)化后的篩箱結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,以驗證優(yōu)化的合理性以及優(yōu)化效果。 1.4本章小結(jié) 本章從國內(nèi)外篩分技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r出發(fā),介紹了篩分作業(yè)的方式以及篩分機(jī)械的種類和特點(diǎn),提出了課題研究的背景和意義,重點(diǎn)闡述了本論文的主要研究內(nèi)容及研究方案。 2 直線振動篩的工作原理及參數(shù)計算 2.1 直線振動篩工作原理與結(jié)構(gòu)分析 2.1.1 直線振動篩的結(jié)構(gòu)組成 直線振動篩歸類于雙軸慣性振動篩,是由兩套偏心塊或偏心軸組成,兩套偏心塊或偏心軸采用同步反向旋轉(zhuǎn),形成的離心力合力使篩箱沿一直線振動,所以稱為直線振動篩。本文所討論的ZK1230型直線振動蹄主要由激振器、篩箱、電機(jī)、傳動裝置、支撐裝置等組成。如圖2-1所示,篩箱又由篩板、篩板固定裝置(木楔座)、側(cè)板、上橫梁、下橫梁、外襯板、內(nèi)襯板、給料箱、排料嘴、縱梁、加強(qiáng)筋等組成。 圖2.1 直線振動篩結(jié)構(gòu)圖 在振動篩的各種零部件當(dāng)中，篩箱是最重要的部件之一。它的損壞形式，通常是側(cè)板斷裂，橫梁疲勞斷裂等。這些部件的疲勞斷裂的誘發(fā)原因大體如下：應(yīng)力過大、應(yīng)力集中、橫梁材料的缺陷、結(jié)構(gòu)形式的不合理、斷面形狀及尺寸的不合理等。因此，篩箱的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，直接決定振動篩的使用壽命。 2.1.2 直線振動篩的工作原理 圖2-2是直線振動篩的工作原理圖,篩箱座式支撐在橡膠彈簧上,激振器兩軸上的偏心塊的質(zhì)徑積均相等且偏心質(zhì)量以等速反向回轉(zhuǎn),激振器兩軸以y-y軸線對稱布置, y-y軸線通過篩箱質(zhì)心且與水平方向成45夾角。每一瞬時,兩軸上的離心力分解到x和y方向,沿X-X方向的離心力分力相互抵消,沿y-y方向的離心力分力相互疊加,因此振動篩最終受沿y-y方向的簡諧激振力作用,驅(qū)動篩箱沿y方向作往復(fù)式直線運(yùn)動。如圖,在1、 3位置時兩軸上的離心力完全疊加,激振力達(dá)到最大,在2、 4位置時,兩軸上的離心力完全抵消,激振力為零。 圖2.2 直線振動篩工作原理 2.2 直線振動篩技術(shù)參數(shù)的選擇 振動篩的工藝參數(shù)直接影響著振動篩的工藝效果,這些參數(shù)包括篩面傾角、振動篩頻率、振幅、拋射角等結(jié)構(gòu)參數(shù)。 1、振動強(qiáng)度K與拋擲指數(shù)Kv的確定 振動篩的強(qiáng)度值K 一般在8以內(nèi),許用值(K) =4~6,代表了振動篩的強(qiáng)度值。拋擲指數(shù)Kv的選取受被篩分物料的性質(zhì)的影響,對于難篩分物料,可以采用高速拋擲,直線振動篩—般取2.5~4.0;對于一般的篩分,可采用中速拋擲, Kv一般取2.5~5。振動篩做中速拋擲時篩分效率和產(chǎn)量都很高并且對振動篩機(jī)體的性能(如強(qiáng)度和剛度)要求也不高。 2、篩面傾角a 篩面傾角是篩面安裝后與水平方向的夾角。篩面傾角小時,物料移動的較慢,生產(chǎn)量低,但篩分效率高。直線振動篩的物料做斜拋射,一般水平安裝,傾角為零。由于直線振動蹄篩面是水平的,所以篩孔很容易被物料顆粒堵塞,為防止蹄孔堵塞,應(yīng)使蹄面運(yùn)動的速度大于某個臨界值,但又不能超過一定的范圍。篩孔越大,需要的臨界速度越大。所以水平安裝的振動篩一般用于中小粒度的篩分以及煤的脫水、脫介上。圓振動篩的篩面傾角一般比較大,這是由于圓振動篩的拋射角比較大,但物料沿篩面的移動速度較慢,將篩面傾角選大些可增大物料的移動速度,提高生產(chǎn)率。 3、 振動方向角 振動方向角是直線振動篩的重要參數(shù)之一,是篩箱運(yùn)動方向與篩面的夾角,也是篩面上物料的拋射角。一般在30~65之間,目前我國大都采用45。 4、 振幅和頻率 振幅值是指振動篩工作行程的一半,頻率是篩箱每分鐘振動的次數(shù)。直線振動篩的振幅A —般都在4~6mm,圓振動篩的振幅A —般在3~4mm。振動篩篩箱運(yùn)動的速度和加速度的大小與振幅和頻率有直接關(guān)系。篩箱運(yùn)動的加速度可以表示為: 從式中可以看出,加大篩箱的振幅和振次都可以提高篩箱的加速度,相比之下,提高振次對加速度的影響更大。振動篩在工作時需要足夠的加速度才能使物料在篩面上拋起,這就要求振動篩要有足夠的振幅和振次。但是如果加速度過大的話,對振動篩的結(jié)構(gòu)性能將提出更高的要求。經(jīng)驗規(guī)定,一般篩箱的加速度不要超過70~85m/s2。 5、生產(chǎn)率 生產(chǎn)率可以通過兩種方法計算,流量法和平均法。 （1）流量法 Q=3600Bhvy 式中：B—篩面寬度； h—篩面上的物料層厚度； v—物料運(yùn)行平均速度； y—物料松散密度； （2）平均法 Q=Fq 式中：F—篩面的有效面積； q—振動篩單位面積的處理量。 2.3直線振動篩的參數(shù)計算 ZK1230直線振動篩的主要技術(shù)特征見表 表2.1 直線振動篩的主要技術(shù)特征 序號 名稱 單位 規(guī)格 1 給料力度 mm 2 篩面規(guī)格 mm 1200x3000 3 工作面積 m2 3.6 4 篩面層數(shù) 1 5 篩縫尺寸 mm 0.5 6 處理能力 t/h 8 7 工作雙振幅 mm 7~9 8 工作頻率 r/min 960 9 振動方向角 度 45 10 篩面傾角 度 0 11 外形尺寸（長x寬x高） mm 3551x2475x1673 2.4 本章小結(jié) 本章主要對振動篩的振動原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹，計算其主要參數(shù)，為下文中的三維建模和有限元分析做了充分的理論準(zhǔn)備。 3 直線振動篩有限元模型的建立 3.1結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題有限元法 機(jī)械進(jìn)行動力學(xué)設(shè)計,是為了使機(jī)械投入生產(chǎn)后能夠滿足工藝指標(biāo)和工作壽命的要求,在理想的狀態(tài)下工作。對于振動機(jī)械,動力學(xué)分析更是具有十分重要的意義。首先,通過動力學(xué)分析才能判斷振動機(jī)械的設(shè)計參數(shù)是否合理;其次,由于振動篩的的激振力會對機(jī)體以及地基造成很大的危害,需要設(shè)計合理的基座和減振裝置,這些都依賴于振動系統(tǒng)的動力學(xué)分析。 3.1.1有限元法基本理論 有限元法是一門交叉理論的邊緣學(xué)科,結(jié)合了現(xiàn)代力學(xué)、計算機(jī)科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)等相關(guān)理論。簡單的說,有限元法就是用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求解彈性力學(xué)問題。在計算機(jī)輔助技術(shù)快速發(fā)展的今天,通過有限元法以及有限元分析軟件使彈性力學(xué)有了通用求解的途徑。由于有限元法能夠求解出彈性力學(xué)數(shù)值解以及相應(yīng)的應(yīng)力分布與變形,所以廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)部件的強(qiáng)度設(shè)計問題。 有限元法是建立在變分原理的基礎(chǔ)之上,變分原理又包括最小勢能原理(采用最小勢能原理時,未知量選取單元位移,稱為位移法)、最小余能原理(需要假設(shè)應(yīng)力場形式,稱為應(yīng)力法)、混合變分原理(要假設(shè)位移和應(yīng)力,稱為混合法)。在解決工程結(jié)構(gòu)問題時,有限元法將連續(xù)體劃分為有限多個大小適當(dāng)?shù)膯卧?得出每個單元的近似解,采用一定的方法將單元解加以組合,從而得到系統(tǒng)的近似數(shù)值模型。有限元法處理結(jié)構(gòu)問題的流程為: 1、 結(jié)構(gòu)離散化 有限元法分析問題時首先要將模型用適當(dāng)?shù)膯卧x散,所謂合適的單元就是選用符合要求的單元類型、根據(jù)結(jié)構(gòu)確定單元大小得到一定數(shù)量的網(wǎng)格。 2、 確定位移模式 對于離散后的系統(tǒng),單元的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等都是通過節(jié)點(diǎn)位移表示的,需要選擇適當(dāng)?shù)奈灰颇Ｊ絹肀硎締卧奈灰茍?。在?shù)學(xué)運(yùn)算中,以多項式表示位移模式進(jìn)行計算可使運(yùn)算較為簡便。單元的位移函數(shù)通過多項式近似后,就可以由節(jié)點(diǎn)位移求解位移場,從而得到單元的應(yīng)力、應(yīng)變、位移。 3、 分析單元特性 根據(jù)單元的位移模式利用變分原理求解出單元的剛度矩陣和單元應(yīng)力矩陣。 4、 集合單元特性 連續(xù)體是由有限個單元組合而成,對整個系統(tǒng)需要集合單元方程,把單元剛度矩陣和單元應(yīng)力矩陣適當(dāng)組合。 5、 求解未知節(jié)點(diǎn)位移 根據(jù)邊界條件限制結(jié)構(gòu)的剛體移動,更改總體剛度平衡方程,求解方程組中的節(jié)點(diǎn)位移。 6、 單元應(yīng)力、應(yīng)變計算 根據(jù)節(jié)點(diǎn)位移,利用結(jié)構(gòu)力學(xué)相關(guān)方程進(jìn)一步求解應(yīng)力、應(yīng)變,用圖形或數(shù)表的方式輸出最后結(jié)果。 3.1.2 Ansys軟件介紹 Ansys是一款高級CAE軟件,在機(jī)械、土木、電力等行業(yè)應(yīng)用極為廣泛,甚至在生物醫(yī)藥、微機(jī)電系統(tǒng)也有涉及。Ansys的廣泛應(yīng)用首先得益于軟件在分析中的優(yōu)異表現(xiàn),其分析結(jié)果接近實際狀況甚至可以完全用來模擬實際狀況,為設(shè)計、研發(fā)提供有效數(shù)據(jù)。其次Ansys與CAD軟件有豐富的接口,利于數(shù)據(jù)的交換,與目前廣泛應(yīng)用的PRO/E、 UG、 Soildworks. CATIA等可以實現(xiàn)無縫鏈接,數(shù)據(jù)互換,使得CAD、 CAE融為一體,這為設(shè)計、分析提供了方便。 1、 Ansys的模塊組成 Ansys主要由三個模塊來實現(xiàn)分析計算,分別是前處理模塊、求解計算和后處理模塊。 (1) 前處理模塊主要進(jìn)行模型建立、添加單元、定義實常數(shù)、賦予實體材料、網(wǎng)格劃分、定義稱合、添加剛性區(qū)域等。這個模塊實質(zhì)是給分析部件設(shè)定初始條件。 (2) 求解計算模塊對設(shè)定初始條件的部件進(jìn)行所需要的分析,如:結(jié)構(gòu)分析、流體分析、電磁場分析、聲場與壓電等分析外,還可以解決非線性結(jié)構(gòu)動力和屈曲分析。 (3) 后處理模塊就是將分析結(jié)果以圖像、圖表或列表的形式給出,以便分析人員直觀地了解結(jié)構(gòu)性能,并且獲得所需的數(shù)據(jù)。 2、 Ansys的一般操作順序 Ansys必須按模塊流程順序進(jìn)行操作才能進(jìn)行求解分析,前處理設(shè)置不當(dāng)或缺少參數(shù),就會影響下一步的分析計算,其操作方式如下: (1)模型建立 Ansys建模通常有兩種方式實現(xiàn): ① 通過Ansys定義單元類型來進(jìn)行建模。Ansys里提供超過150多種的單元類型,為幾何建模提供了方便,只需要設(shè)置幾何實體參數(shù),并進(jìn)行實體變換就可以靈活建立模型。 ② 導(dǎo)入外界模型數(shù)據(jù)建立模型。比起CAD專業(yè)建模設(shè)計軟件,Ansys在建模功能上稍有不足,但Ansys提供了豐富的CAD接口,可實現(xiàn)CAD設(shè)計建模,Ansys無縫鏈接導(dǎo)入,提高了建模效率。 (2) 網(wǎng)格劃分 網(wǎng)格劃分主要有:自由網(wǎng)格劃分、映射網(wǎng)格、延伸網(wǎng)格劃分、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分決定著能否正確分析,只有將模型轉(zhuǎn)化為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)構(gòu)筑模型,經(jīng)過分析計算,輸出各節(jié)點(diǎn)的計算結(jié)果,才能在后處理中反映出計算結(jié)果。網(wǎng)格太大,節(jié)點(diǎn)少,運(yùn)算量少,但會引起誤差的加大;網(wǎng)格太細(xì),雖然精確度高,但也會增加計算量,所以對模型分析應(yīng)該選用合適的網(wǎng)格。 (3) 材料賦予 Ansys中所有的分析都需要輸入材料屬性,材料的主要參數(shù)有彈性模量E、泊松比密度Dens等,軟件默認(rèn)泊松比u為0.3。當(dāng)賦予材料屬性時必須注意單位,最好選用國際單位制,這樣可以使輸出結(jié)果也同樣為國際制單位,減少重復(fù)的單位換算的過程。 (4) 定義分析類型和選項 Ansys的分析類型包括靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧振態(tài)分析、瞬態(tài)分析、頻譜分析、屈曲分析等。本文對模型主要進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析。 (5) 施加載荷與約束 載荷包括約束、支撐、邊界條件、激勵等。根據(jù)物理環(huán)境的不同,載荷又可以分為以下六種:對模型自由度的約束、集中力、體載荷、面載荷、慣性載荷、稱合場載荷。 (6) 求解 求解就是Ansys通過有限元計算方法,按照設(shè)計人員的求解要求,通過方程計算出各項數(shù)據(jù)。Ansys在解決實際問題是可以根據(jù)模型條件以及計算機(jī)的處理能力選用適合的求解方法,比較常用的求解方法有雅可比共軛梯度求解器、波前求解器、稀疏矩陣求解器等。 (7) 查看分析結(jié)果 査看計算結(jié)果需要用后處理模塊來完成,通過分析結(jié)果判定計算是否正確。 Ansys 10以后,整合了 Ansys Workbench,更加方便對CAD數(shù)據(jù)的互換。Workbench是ansys公司在成熟CAE產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,利用Ansys軟件API開發(fā)集合而成,界面更加人性化,易學(xué)易用。目前使用Workbench的用戶也呈增多趨勢。Ansys在動力學(xué)分析上表現(xiàn)突出,可以勝任模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,其分析結(jié)果與實際誤差不大,具有理論參考價值。 3.2振動篩有限元模型的建立 進(jìn)行動力學(xué)分析的前提是要建立振動篩的有限元模型,有限元模型就是對篩箱選擇合適的單元進(jìn)行劃分,并按照篩箱的材料賦予模型材料屬性,根據(jù)實際的安裝情況施加邊界條件和受力,建立一個具有高仿真的用于分析的模型。 3.2.1直線振動篩篩箱模型簡化 有限元模型建立的好壞與計算結(jié)果是否準(zhǔn)確有著很密切的關(guān)系。由于實體模型比較復(fù)雜,在進(jìn)行有限元分析時,不可能完全用實體模型進(jìn)行分析,應(yīng)在保證結(jié)果不會產(chǎn)生太大誤差的前提下,忽略工藝結(jié)構(gòu)和一些不重要的細(xì)節(jié)特征,將實體模型簡化,這樣可以在很大程度上減少軟件計算工作量,提高計算速度。 對于直線振動篩有限元模型的建立需要考慮以下幾點(diǎn): 1、是否需要建立振動篩的二次隔振系統(tǒng) 二次隔振系統(tǒng)用于在機(jī)體工作時減少機(jī)體對基礎(chǔ)的沖擊力,是否建立二次隔振系統(tǒng)主要依據(jù)二次隔振系統(tǒng)對篩箱應(yīng)力的影響水平,本文不考慮二次隔振系統(tǒng)。 2、是否建立模型的一半進(jìn)行分析 直線振動篩是平面對稱結(jié)構(gòu),激振力也是對稱分布的。對于結(jié)構(gòu)和邊界條件對稱分布的模型,應(yīng)力應(yīng)變也將對稱分布,有限元分析時可以取模型的1/2、 1/4、 1/8進(jìn)行計算。但是這種簡化僅僅適用于靜力分析,不可用于動力學(xué)分析。因為動力學(xué)分析時結(jié)構(gòu)的所有參量都是波動的,不存在位置不變且變形為零的平面。使用平面對稱模型會造成對稱模態(tài)的丟失和結(jié)果的不準(zhǔn)確。由于本文涉及模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,因此本文采用整體模型進(jìn)行分析。 3、 區(qū)分承載件和工藝飾件 承載件因承擔(dān)篩箱受力,需要盡量保留其原有的結(jié)構(gòu)形狀,才能如實反映篩箱的實際受力情況,因此承載件不可隨意簡化或忽略。對于工藝飾件由于其主要作用并不在于提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,在建有限元模型時可忽略。依據(jù)以上原則,并借鑒一些成功簡化的經(jīng)驗,本文在建立有限元模型時做了如下簡化: (1)忽略篩板、木楔座以及一些作為安裝支架的角鋼等非承載構(gòu)件,這些構(gòu)件僅僅為滿足使用上的要求而設(shè)置,并非篩箱強(qiáng)度構(gòu)件,在對篩箱進(jìn)行動力學(xué)分析時可以略去不計。 (2) 忽略篩箱的定位孔和工藝孔,這些小孔在劃分網(wǎng)格時會大量增加網(wǎng)格數(shù)量,將這些小孔略去不計并不會對篩箱的剛度和強(qiáng)度造成大的影響。 (3) 將構(gòu)件的圓弧過渡簡化為直角過渡,提高模型計算速度。 簡化后的模型如圖3.1。 圖3.1 篩箱簡化模型 3.2.2 篩箱模型連接處理 Ansys中建立有限元模型有兩種方法:一種是直接在Ansys中建模,第二種是在CAD軟件中建模再將模型導(dǎo)入Ansys。本文采用后者,在UG中建立振動篩的實體模型后導(dǎo)入Ansys。篩箱的各橫梁以及彈簧支撐梁與側(cè)板之間主要通過鉚釘與法蘭盤連接,在進(jìn)行動力學(xué)分析時為了確保模型的準(zhǔn)確性,必須保證模型的各個部件是連接在一起的。在有限元模型中各部分的連接是通過公共區(qū)域?qū)崿F(xiàn)的,劃分網(wǎng)格時這些公共區(qū)域的節(jié)點(diǎn)就自動重合在一起,形成公共節(jié)點(diǎn)。在模型受力和發(fā)生形變時,就是通過這些公共節(jié)點(diǎn)聯(lián)系在一起的。為了實現(xiàn)模型各部件之間的連接,可以通過布爾運(yùn)算操作獲得公共區(qū)域。布爾操作中的Glue命令都可以實現(xiàn)部件間的連接,Glue運(yùn)算是針對圖形中的公共部分進(jìn)行的,面與面的Glue運(yùn)算是通過面的公共邊進(jìn)行的。體與體的Glue運(yùn)算是通過體的公共面進(jìn)行的,本文對篩箱模型構(gòu)件通過Glue運(yùn)算連接。 3.2.3 篩箱有限元模型單元的選取 振動篩可以看作是空間板梁組合結(jié)構(gòu),許多振動篩在研究中大都采用殼單元和梁單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分,這樣可以減少單元和節(jié)點(diǎn)的數(shù)目,在分析時縮短計算時間。但是,由于梁單元在有限元模型中被抽象成一條直線,橫梁與側(cè)板的接觸面也被簡化為一個點(diǎn),這樣會導(dǎo)致接觸部位的應(yīng)力值急劇增大,計算結(jié)果不準(zhǔn)確。采用實體單元就會避免上述問題的出現(xiàn),而且對于橫梁法蘭的筋板以及加強(qiáng)筋等部位也能得到很好的模擬。根據(jù)直線振動篩各部件的特點(diǎn),本文選用實體單元SOLID187、彈簧單元C0MBIN14、點(diǎn)質(zhì)量單元MASS21對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。 3.2.4 篩箱模型材料屬性設(shè)置 在對篩箱進(jìn)行動力學(xué)分析時,需要對模型賦予材料屬性。本文所研究的篩框模型中,大部分部件所用的材料為20g,加強(qiáng)筋所用的材料為Q235,彈簧支撐管梁的法蘭盤與筋板采用Q345。為了更好地模擬篩箱的實際受力情況,本文按照三種材料屬性進(jìn)行設(shè)置,見表3.1。 表3.1 材料屬性設(shè)置 材料 彈性模量（pa） 泊松比 密度(kg/m2) 20g 2.11e11 0.286 7850 Q235 2.11e11 0.288 7850 Q345 2.06e11 0.28 7850 3.2.5 篩箱的邊界約束 本文中篩箱的軸向與橫向彈簧通過公共節(jié)點(diǎn)連接在一起,作為彈簧支撐管梁的中心主節(jié)點(diǎn),另一端采用全約束。 3.2.6 篩箱有限元模型 按照以上單元類型、實常數(shù)、材料屬性以及邊界條件的設(shè)置,經(jīng)劃分網(wǎng)格后得到振動篩篩箱的有限元模型如圖3-3所示。該模型共有235269個實體單元、8個彈簧單元、8個質(zhì)量單元。 圖3.2振動篩篩箱有限元模型 3.3 本章小結(jié) 本章介紹了有限元思想的理論以及結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題的計算方法。按照簡化原則對篩箱實體模型進(jìn)行了簡化,確定了單元類型、材料屬性以及邊界條件等問題,建立了篩箱的有限元模型。 4 直線振動篩動力學(xué)分析 直線振動篩在工作時受到周期性變化的激振力的作用,需要對其進(jìn)行動力學(xué)分析來確定篩箱在動載荷作用下的位移與應(yīng)力分布,從而確定篩箱的改進(jìn)方案。同時,由于振動篩在某一頻率下工作,需要進(jìn)行動力學(xué)特性分析(包括篩箱固有頻率和振型)來判斷篩箱是否發(fā)生共振,這也是動力學(xué)分析的基礎(chǔ)。 4.1 模態(tài)分析概述 4.1.1 模態(tài)分析定義 模態(tài)分析是動態(tài)分析的前提條件,用于確定結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型、振型參與系數(shù)等,是一種確定結(jié)構(gòu)振動特性的技術(shù),模態(tài)分析的結(jié)果用于進(jìn)行諧波響應(yīng)分析、瞬時動態(tài)分析和譜分析。對于振動系統(tǒng),最應(yīng)注意的問題就是結(jié)構(gòu)是否發(fā)生共振,當(dāng)載荷頻率與固有頻率相同時就會出現(xiàn)這種想象,并且導(dǎo)致結(jié)構(gòu)屈服。為了避免發(fā)生共振,就要知道振動體統(tǒng)的固有頻率,以使載荷頻率避開其固有頻率,模態(tài)分析就是用于求解結(jié)構(gòu)的固有特性。模態(tài)分析認(rèn)為結(jié)構(gòu)是線性的,即使進(jìn)行了非線性的定義也會被忽略。 模態(tài)提取是用來描述特征值、特征向量的術(shù)語,在Ansys中模態(tài)提取有以下幾種方法: 1、 Block Lanczos(分塊蘭索斯法):一般用于大型對稱特征值問題,對于系統(tǒng)特征值譜包含一定范圍的固有頻率問題,提取模態(tài)時采用分塊蘭索斯法非常有效。 2、 Subspace (子空間法):采用子空間法提取模態(tài)時可以在求解控制選項中設(shè)置子空間的迭代,但是計算速度較慢。 3、 Power Dynamics (動態(tài)提取法):動態(tài)提取法用于較大的模型,可用于只求解前幾階模態(tài)了解結(jié)構(gòu)響應(yīng)的情況。 4、 Reduced/householder (縮減法):由于使用了縮減矩陣計算,比子空間法要快。 5、 Unsymmetric (非對稱法):用于系統(tǒng)矩陣是非對稱矩陣的問題。 6、 Damped (阻尼法):用于阻尼不可忽略的問題。 7、 QRdamped(QR阻尼法):對于無阻尼系統(tǒng),通過線性方式將特征向量進(jìn)行合并,用來近似表示前幾階復(fù)阻尼特征值。 4.2篩箱模態(tài)分析 本文振動篩的有限元模型中由于節(jié)點(diǎn)數(shù)龐大,因此系統(tǒng)的自由度也將很大,不可能求解出全部的固有頻率和振型。振動篩工作時的振動頻率也是有限的,在振動系統(tǒng)的工作過程中,高階的固有頻率和振型會因阻尼而迅速衰減,較低階的固有頻率和振型起著主導(dǎo)作用。本文在對振動蹄篩箱進(jìn)行模態(tài)分析時,通過分塊蘭索斯法提取了篩箱的前15階固有頻率進(jìn)行分析,使計算速度加快并得到對篩箱影響大的固有頻率。模態(tài)分析時不考慮外載荷,只對彈簧單元按照3.2.5中所述進(jìn)行約束即可。 在 ANSYS 軟件中對結(jié)構(gòu)機(jī)型模態(tài)分析需要四個步驟，1.建立模型，在本節(jié)有限元模型的建立一節(jié)中所建立的有限元模型可以作為振動篩模態(tài)分析的分析對象；2.施加載荷并求解，在模態(tài)分析中不考慮結(jié)構(gòu)的外載，只需要對其進(jìn)行位移約束。同時還要設(shè)定所求解模型的階數(shù)，也就是求出振動篩前多少階的固有頻率；3.擴(kuò)展模態(tài)，這一過程主要是把求解出的振動篩陣型寫入到結(jié)果文件中去，為后處理中的觀察模型做準(zhǔn)備；4.察看結(jié)果和后處理。這是模態(tài)分析的最后一步，此部分主要察看振動篩模型的固有頻率和振型，并以動畫的形式觀察振型。 4.2.1 模態(tài)計算結(jié)果查看與分析 表4.1振動篩篩箱的前15階固有頻率 階數(shù) 模態(tài)頻率 振型說明 1 0.38745E-04 振動篩 X 方向剛性平動 2 1.428 振動篩 X-Z 平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動 3 1.703 振動篩 Z 方向剛性平動 4 2.825 振動篩 X-Y 平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動 5 3.052 振動篩 Y 方向剛性平動 6 3.888 振動篩 Y-Z 平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動 7 13.639 振動篩整體的扭轉(zhuǎn)振動 8 18.669 振動篩沿著縱向的錯動 9 25.328 振動篩整體的扭轉(zhuǎn)振動 10 27.434 振動篩進(jìn)料口擋板彎曲振動 11 29.96 振動篩側(cè)板的彎曲振動 12 33.879 振動篩側(cè)板的彎曲振動 13 39.756 振動篩中間上橫梁的彎曲振動 14 41.635 振動篩中間上橫梁的彎曲振動 15 43.235 振動篩側(cè)板的彎曲振動 振動篩篩箱前15階模態(tài)振型如下： 4.1 直線振動篩第1階模態(tài)振型 4.2 直線振動篩第2階模態(tài)振型 4.3 直線振動篩第3階模態(tài)振型 4.4 直線振動篩第4階模態(tài)振型 4.5 直線振動篩第5階模態(tài)振型 4.6 直線振動篩第6階模態(tài)振型 4.7 直線振動篩第7階模態(tài)振型 4.8 直線振動篩第8階模態(tài)振型 4.9 直線振動篩第9階模態(tài)振型 4.10 直線振動篩第10階模態(tài)振型 4.11 直線振動篩第11階模態(tài)振型 4.12 直線振動篩第12階模態(tài)振型 4.13 直線振動篩第13階模態(tài)振型 4.14 直線振動篩第14階模態(tài)振型 4.15 直線振動篩第15階模態(tài)振型 振動篩的工作頻率 f(0)=15Hz，當(dāng)模型的固有頻率接近工作頻率時，容易發(fā)生共振，所以考察與該振動篩工作頻率比較接近的第 7、8、9、10 階固有頻率，如表4.2所示。 表4.2 頻率對比 I fi 差值 百分比 7 13.639 2.661 16.33% 8 18.669 2.369 14.53% 9 25.328 9.028 55.38% 10 27.434 11.123 68.23% 通過對振動篩進(jìn)行模態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)最接近工作頻率的階數(shù)為第 7 階和第 8 階，相差分別在 16%和 15%左右，從數(shù)值上來看，它高于振動篩設(shè)計所要求的固有頻率要避開工作頻率 10%以上。但是由于它們還是比較靠近工作頻率所以有必要對這兩階的振型進(jìn)行仔細(xì)觀察。振動篩在工作時避開了載荷頻率,不會發(fā)生共振,符合動態(tài)設(shè)計要求。 模型的第 7 階的振型主要表現(xiàn)為篩體的整體扭轉(zhuǎn)振動，模型的第 8 階主要表現(xiàn)為由整體沿縱向的錯動變?yōu)閭?cè)板的一階振動，尤其是側(cè)板上部中間位置的變形比較大，所以當(dāng)振動篩啟動過程或者停機(jī)過程過共振區(qū)的時候會對篩體造成一定的損傷，特別是在側(cè)板的中上部位置處，所以有必要對其將強(qiáng)強(qiáng)度，在這里可以考慮采用增加加強(qiáng)筋的方法。 4.3 諧響應(yīng)分析概述 4.3.1 諧響應(yīng)分析定義 為了檢測結(jié)構(gòu)在承受各種不同頻率的體載荷時是否發(fā)生共振,需要進(jìn)行諧響應(yīng)分析。簡諧激振力作用下,系統(tǒng)會產(chǎn)生周期的振動,通過諧響應(yīng)分析來求解振動系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)受迫振動時在不同頻率下的位移、應(yīng)力應(yīng)變等響應(yīng)值,激勵初期的受迫振動不作考慮,并且諧響應(yīng)分析用于線性結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)包含預(yù)應(yīng)力的情況。 Ansys中進(jìn)行諧響應(yīng)分析時可通過三種方法求解: 1、 Full (完全法) Full法運(yùn)用完整的系統(tǒng)矩陣計算,而且可以施加單元載荷、節(jié)點(diǎn)力、外加位移等各類載荷,而且允許采用實體模型上所加的載荷,但不能設(shè)置預(yù)應(yīng)力,Full法不必選擇主自由度和振型,非常方便使用。在Full法中選用JCG求解器或ICCG求解器會使計算效率提高,如果選用Frontal求解器會使 銷大大增加。 2、 Reduced (縮減法) Reduced法用需要定義主自由度,開始計算出來的是主自由度處的位移,需要執(zhí)行擴(kuò)展處理把解擴(kuò)展到完整的DOF集,才能得到完整的位移和應(yīng)力解。采用Reduced法時不可施加壓力溫度等單元載荷,當(dāng)通過Frontal求解時,較之Full法,Reduced法將顯現(xiàn)出一定的優(yōu)勢。 3、 Mode Superposition (模態(tài)疊加法) Mode Superposition法實際上就是對模態(tài)分析的結(jié)果進(jìn)行相關(guān)計算,獲得結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的響應(yīng)值,而且計算結(jié)果以結(jié)構(gòu)的固有頻率進(jìn)行分布,響應(yīng)曲線圖更加趨于光滑準(zhǔn)確,分析結(jié)果更加接近現(xiàn)實,完全可以作為分析參考依據(jù)。與Full法和Reduced法相比, Mode Superposition法具有很大的優(yōu)越性,分析時可計算預(yù)應(yīng)力,但前提是未采用Power Dynamics法進(jìn)行模態(tài)分析,但不可以加載非零的位移,對于模態(tài)分析的載荷已然可以使用,借助LVSCALE命令即可實現(xiàn)。 對于諧響應(yīng)分析的不同求解方法也都存在著一些共有的不足,施加在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的體載荷都應(yīng)是同頻率下的且符合正弦規(guī)律,并且諧響應(yīng)分析不識別非線性特性,只考慮是穩(wěn)態(tài)下的強(qiáng)迫振動,所以對于瞬態(tài)效應(yīng)存在一定的局限,但可通過時間歷程的載荷函數(shù)彌補(bǔ)這些不足。 4.3.2 諧響應(yīng)分析結(jié)果查看與分析 諧響應(yīng)分析的結(jié)果是以虛數(shù)形式表示的,其實部計算結(jié)果和虛部計算結(jié)果分別存儲在Ansys的結(jié)果文件中。在通用后處理器中,讀入結(jié)果文件時一次只能讀入實部結(jié)果或虛部結(jié)果,而實際結(jié)果為二者的結(jié)合。因此,需要進(jìn)行載荷工況組合才能得到篩箱的實際分析結(jié)果,將實部結(jié)果和虛部,如圖4.16、 4.17。 4.16 篩箱應(yīng)力分布圖（實部） 4.17 篩箱應(yīng)力分布圖（虛部） 諧響應(yīng)分析的結(jié)果被保存到分析結(jié)果文件中，所有的數(shù)據(jù)都按簡諧規(guī)律變化，且都是復(fù)數(shù)形式，以實部和虛部存儲。 在讀入實部結(jié)果或虛部結(jié)果后，在Post1中可以分別列表顯示節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的實部結(jié)果或虛部結(jié)果，但無法直接列表出各節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的幅值大小。如果采用排序列表顯示方式，結(jié)果的實部和虛部雖然其值按大小排序，但仍然很難在眾多節(jié)點(diǎn)結(jié)果中找出應(yīng)力幅值最大值，且排序列表顯示方式對殼單元厚度不連續(xù)處的結(jié)果進(jìn)行了平均處理，比實際結(jié)果要小。 在時間歷程后處理器Post26中，可以列表顯示若干指定節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力幅值。 圖4.16應(yīng)力分布圖（實部）和圖4.17應(yīng)力分布圖（虛部）的藍(lán)色部分的應(yīng)力都在0.3MPa以下，可知，在實部圖和虛部圖兩圖中都為藍(lán)色的部分其實際應(yīng)力小于（實際應(yīng)力為實部和虛部平方和的開方）。 設(shè)其中A為某節(jié)點(diǎn)應(yīng)力幅值大小，a和b分別為該節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的實部和虛部，如果a>b，則容易得出。若分別得出應(yīng)力實部最大值amax和應(yīng)力虛部最大值bmax，且有amax>bmax，則整個模型的最大應(yīng)力幅值A(chǔ)max滿足條件。圖4.16中顯示最大實部應(yīng)力值為15.8MPa，圖4.17中顯示最大虛部應(yīng)力值為13.6MPa，因此，可以推知最大應(yīng)力幅值可能達(dá)到,其實際最大應(yīng)力應(yīng)在15.8MPa于22.34MPa之間。 通過對實部和虛部的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力幅值排序可知，節(jié)點(diǎn)實部應(yīng)力為15.8MPa， 虛部應(yīng)力為13.6MPa，其實際應(yīng)力為為篩箱最大應(yīng)力。 從諧分析結(jié)果來看，篩箱在工作過程中主要存在兩個應(yīng)力集中區(qū)，即外加強(qiáng)板與安裝座的前部上沿和激振器安裝座與側(cè)板的連接部位。最大應(yīng)力發(fā)生在激振器安裝座前部與側(cè)板的連接處，其值為20.85MPa<24MPa。從動應(yīng)力的大小及分布來看，該篩動態(tài)響應(yīng)特性符合任務(wù)書及國家要求(目前國家標(biāo)準(zhǔn)對振動篩動力響應(yīng)的要求為小于24MPa）中對振動篩最大動應(yīng)力的要求 4.4 本章小結(jié) 本章利用有限元分析軟件Ansysl2.0對直線振動篩篩箱進(jìn)行了動力學(xué)分析,通過模態(tài)分析計算了振動篩篩箱的前15階固有頻率和所對應(yīng)的振型。結(jié)果顯示,與工作頻率15Hz臨近的第7階、第8階固有頻率與工作頻率的差值明顯大于10%,說明結(jié)構(gòu)在工作中不會發(fā)生共振。通過諧響應(yīng)分析,得到了篩箱在簡諧激勵作用下的響應(yīng)值,分析工作頻率下的位移分布云圖和等效動應(yīng)力分布云圖可知, 彈簧支撐梁與側(cè)板連接處和后擋板橫梁中間部位出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象,最大應(yīng)力值達(dá)到20.85Mpa,小于許用動應(yīng)力24Mpa，滿足要求。 致謝 衷心的感謝我的導(dǎo)師老師,在課題的研究以及論文撰寫過程中,老師淵博的專業(yè)理論知識和富有創(chuàng)見的科研精神給了我巨大的幫助。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)、平易近人的高尚品德、誨人不倦的教師風(fēng)范都深深的影響著我,在此畢業(yè)之際,謹(jǐn)向恩師表示最衷心的感謝,祝愿任老師工作順利、身體健康、萬事如意！ 感謝我的同學(xué)們在課題研究過程中提出的寶貴意見和耐心的指導(dǎo),我們一起探討努力,共同進(jìn)步。 感謝我的父母親,是他們給予了我最無私的愛,給予我不斷前進(jìn)的力量。 最后,感謝審閱和評審此文的各位老師! 參考文獻(xiàn) [1] 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