王婷婷

【摘要】介紹了ZX13061型香蕉篩的技術(shù)特征、工作原理。利用有限元軟件ANSYS對振動香蕉篩進(jìn)行實(shí)體建模，采用有限元軟件計(jì)算出了篩體結(jié)構(gòu)的固有頻率、固有振型和應(yīng)力分布，為振動篩的大型化設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】振動篩;有限元分析;強(qiáng)度;優(yōu)化設(shè)計(jì)

0.引言

振動香蕉篩是目前廣泛應(yīng)用于各大選煤廠的重要篩分設(shè)備，以其處理能力大、篩分效率高和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到市場的歡迎。香蕉篩在相同條件下，與其他類型的篩機(jī)相比，單位面積可增加處理能力40%～60% ，篩分效率可達(dá)到90%以上。筆者以ZX13061振動香蕉篩為例，利用有限元分析軟件，對香蕉振動篩運(yùn)動情況作了計(jì)算和分析，求出固有頻率，找出其動態(tài)特性的規(guī)律，使其固有頻率遠(yuǎn)離工作頻率上下10%以上，有效地提高了振動篩性能。

1.ZX13061振動香蕉篩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及運(yùn)動原理

圖1為振動香蕉篩的結(jié)構(gòu)圖，其結(jié)構(gòu)主要由篩箱、激振器和彈簧等部件組成。篩箱是由驅(qū)動梁、側(cè)板、支撐梁和加強(qiáng)梁等零部件組成的板梁結(jié)合的鉚固結(jié)構(gòu)。整個篩箱由12根彈簧支撐在底座上。一臺振動篩上有安裝有兩個激振器，安裝與水平成45度，四個偏心塊成雙的布置在激振器的外部，箱體內(nèi)有一嚙合的齒輪，其作用是使在各瞬時位置上，兩組偏心塊相對轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的離心力在振動方向的分力總是互相疊加，而在其法向離心力的分力總是互相抵消，從而產(chǎn)生單方向的激振力，使振動篩作往復(fù)直線振動。在激振力的作用下，物料在篩面上作連續(xù)斜上拋運(yùn)動，物料在拋起時被松散，在與篩面相遇撞擊時，小于篩孔粒級通過篩孔，從而實(shí)現(xiàn)物料的分級、脫水、脫泥、脫介。

ZX13061型香蕉篩技術(shù)特征如下：

入料粒度/mm 0～300

篩面面積/m2 18.3

工作振幅/mm 9

工作頻率/Hz 15

生產(chǎn)能力/t·h 550

電機(jī)型號Y225S-437Kw

整機(jī)質(zhì)量/kg 13000

圖1振動香蕉篩結(jié)構(gòu)圖

2.ZX13061振動香蕉篩的有限元模型

2.1單元劃分

ANSYS軟件可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀進(jìn)行智能劃分，構(gòu)件的連接處或者結(jié)構(gòu)有突變的位置處會自動將網(wǎng)格細(xì)化，而在構(gòu)件上不易產(chǎn)生應(yīng)力集中的位置，其網(wǎng)格可以比較稀疏，這樣可以得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果，減少不必要的單元網(wǎng)格，提高驗(yàn)算效率。根據(jù)以上原則，建模時，將驅(qū)動梁、支撐梁、加強(qiáng)梁、彈簧支架與側(cè)板的聯(lián)接看做為剛性連接，即把振動篩篩箱處理為一個整體。同時將每一根彈簧均簡化成一個彈性單元。由于激振器的剛度比篩箱的剛度大得多，所以將激振器簡化為一個質(zhì)量單元。

由于篩箱部分主要以板材為主，因此在單元劃分時，主要采用了ANSYS中的板殼單元SHELL99、橫粱單元BEAMl89、彈簧單元COMBINEl4和質(zhì)量單元MASS21。在該模型中，共有2368個節(jié)點(diǎn)，其中有1822個SHELL99單元、796個BEAMl89單元、12個COMBINE單元和2個MASS21單元。建立有限元模型如圖2所示。

圖2ZX13061型振動香蕉篩有限元模型

2.2約束處理

彈簧與地基的交點(diǎn)將6個自由度全部約束，其余單元的節(jié)點(diǎn)自由度不作約束。

2.3載荷處理

激振器產(chǎn)生的激振力通過驅(qū)動梁傳遞給側(cè)板，由于側(cè)板與驅(qū)動梁之間通過高強(qiáng)度螺栓連接，可視為一個整體，所以只要將激振力均勻分布在驅(qū)動梁上，可以認(rèn)為激振力均勻分布在整個篩箱上。故在分析時應(yīng)考慮的載荷為：激振器產(chǎn)生的激振力、激振器的重力、彈簧剛度和篩箱自重。

利用有限元軟件對ZX13061香蕉篩進(jìn)行模態(tài)分析，可以通過擴(kuò)展振型獲得各階固有頻率下的振型圖，圖3～圖4。

圖3～4各階振型圖

根據(jù)以上的振型圖，ZX13061型香蕉篩的第8階（下轉(zhuǎn)第289頁）（上接第286頁）固有頻率為13.1607Hz，第9階固有頻率為17.9848Hz，而工作頻率為15Hz，分別相差了遠(yuǎn)離12.26%和19.86%，滿足了設(shè)計(jì)要求。這說明香蕉篩在其工作狀態(tài)下的動態(tài)性能穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)。

3.結(jié)論

本文利用有限元的方法對香蕉振動篩進(jìn)行了動力學(xué)的仿真分析，首先根據(jù)一定的簡化原則對振動篩進(jìn)行了簡化，確定了單元的選擇，約束條件和激振器的模擬等相關(guān)問題，最后在ANSYS中建立該振動篩篩框的有限元模型。這證明利用相似物理模型代替原型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，是一種簡便的、成本低廉的、快捷的研究手段，研究的結(jié)果比較準(zhǔn)確。[科]

【參考文獻(xiàn)】

［1］唐敬麟主編.破碎與篩分機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.5.

［2］溫邦椿，劉鳳翹，劉杰編.振動篩 振動給料機(jī)振動輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與調(diào)試.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1989.

［3］和世超，趙尚民.振動篩篩框模態(tài)分析及動態(tài)響應(yīng).焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2001，20(5).