秦皇島弘和機械有限責(zé)任公司 郭必成

煙草輸送機中間架的模態(tài)仿真

秦皇島弘和機械有限責(zé)任公司 郭必成

本文運用有限元分析的方法，以ZGC．4型煙草輸送機的中間架為分析對象，在計算機內(nèi)存的許可范圍內(nèi)，選擇精細的四面體網(wǎng)格，求解出中間架的模態(tài)頻率以及模態(tài)振型。通過多種設(shè)計方案的比較，最后決定只增加槽鋼的厚度，可以實現(xiàn)在不改動中間架其他零件定位尺寸的前提下，提高中間架的模態(tài)頻率，使中間架更不易發(fā)生共振。

中間架；彎曲振動；模態(tài)分析

0 前言

ZGC.4型煙草輸送機隨著電機轉(zhuǎn)速的提高以及中間架長度的增加，中間架振動和噪聲也將快速增加，特別是ZGC.4型中間架在340r/min運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，其中間架彎曲振動加劇，影響煙草輸送效率。針對目前存在的問題，本文采用有限元分析的方法，對ZGC.4型中間架振動進行模態(tài)分析，并對有限元模型進行相應(yīng)的修改，并在計算機上進行模擬設(shè)計，獲得提高中間架固有頻率的方法，為具體改進中間架設(shè)計提供理論依據(jù)。

1 結(jié)構(gòu)簡介

中間架為槽鋼焊接而成，中間架兩側(cè)通過角鐵固接在支架上，中間架的中間支撐部分固定電機和偏心輪，中間架的上側(cè)連接振槽，中間架的下側(cè)連接平衡體。軸測圖如圖1所示。

其主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：

槽鋼的厚度：8.5mm

中間架的長度：3000mm

中間架的高度：160mm中間架的寬度：812mm支撐鋼板間距：1860mm中間架的重量：290.9Kg

圖1 中間架軸測圖

圖2 中間架單元劃分圖

2 有限元模型

為了得到盡可能高的計算精度，有限元建模采用四面體單元[3,4]，只是對細微結(jié)構(gòu)在不影響計算精度的條件下做了適當(dāng)簡化，經(jīng)過網(wǎng)格劃分后共有19791個單元，39438個結(jié)點，如圖2所示。

3 模態(tài)分析

機頭是自由端，而角鐵和支架焊接在一起，屬于固定端，所以在角鐵的根部施加約束[5,6]，將根部的位移設(shè)置為0。經(jīng)過軟件計算，結(jié)構(gòu)的前四階模態(tài)振型圖如圖3所示。

圖3 中間架前四階模態(tài)振型圖

通過有限元軟件的計算，一階固有頻率為61.368Hz，一階振型為中間架的左右搖擺運動，其中搖擺最大位置在中間架的中部。

4 計算機模擬改進設(shè)計

從現(xiàn)有的中間架的結(jié)構(gòu)來看，一階模態(tài)振型是中間架中部的左右振動量較大，應(yīng)增加中間架中部的約束，以減小中間架的振幅。本文通過模擬計算，發(fā)現(xiàn)增加中間架的厚度，可以不改變其他結(jié)構(gòu)的定位尺寸，并且加工成本最低。為驗證此想法是否可行，用有限元方法進行分析，結(jié)果見圖4和表1。

圖4 改進后中間架前四階模態(tài)振型圖

表1 改進前后中間架前四階固有頻率表

從表1結(jié)果可知，經(jīng)過結(jié)構(gòu)改進設(shè)計以后，中間架的一階固有頻率提高了，改進前為61.368Hz，改進后為67.05Hz，提高了9.3%，一階共振不容易發(fā)生，保護了中間架上的零部件，為解決生產(chǎn)中振動較大的問題提供了有效的方法。

5 結(jié)論

（1）利用有限元軟件對中間架進行模態(tài)分析，在計算機內(nèi)存允許的情況下，采用高密度的網(wǎng)格單元，并施加適當(dāng)?shù)募s束，使計算結(jié)果與實際情況相吻合。

（2）通過虛擬模擬的方法，對中間架的結(jié)構(gòu)進行改進，找到了提高共振頻率的方法，為實際生產(chǎn)中減小振幅過大的問題提供了解決方案。

[1]曹妍妍,趙登峰．有限元模態(tài)分析理論及其應(yīng)用[J]．機械工程與自動化,2007(2):73-74．

[2]梁君,趙登峰．模態(tài)分析方法綜述[J]．現(xiàn)代制造工程,2006(8):138-141．

[3]袁安富,陳?。瓵NSYS 在模態(tài)分析中的應(yīng)用[J]．設(shè)計與研究,2007(8):80-82．

Modal Analysis of Tobacco Conveyer’s Middle Shelf

Guo Bicheng
（Qinhuangdao Honhe Machinery Co.，Ltd.，Hebei，066000）

FEA simulation method is applied to Middle shelf of ZGC.4 Tobacco conveyer. The model frequency and model tape are given which constraints with real work conditions are applied to Middle shelf and choosing more precise element and high density of meshing. Making use of the verifi ed FEA model，the simulation constructer design was done in the computer to fi nd methods that can increase the resonance frequency. With the compared of many plans，to increase the thickness of beam steel can increase resonance frequency of beam without other element modifi ed and avoid resonating in Middle shelf of ZGC.4 Tobacco conveyer.

Middle shelf；bending vibration；modal analysis