張 強(qiáng)

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)雙柳煤礦洗煤廠， 山西 柳林 033300）

引言

弧形篩是選煤機(jī)零部件中承受動(dòng)載荷最大、運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的。在選煤過(guò)程中，弧形帶一直承受著大量散裝物料的重力載荷，同時(shí)為防止篩縫堵塞，篩面弧形座和篩面在振動(dòng)電機(jī)作用下承受很大的交變激振力的作用。在此力學(xué)環(huán)境下，選煤機(jī)弧形篩極易出現(xiàn)疲勞破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了選煤機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[1]。

選煤機(jī)弧形篩由振動(dòng)電機(jī)、弧形座、物料篩箱和隔振彈簧等零部件組成，其工作原理為篩箱可以正常脫水脫介時(shí)，煤炭和水的混合介質(zhì)通過(guò)篩面進(jìn)行分離。當(dāng)篩箱的篩面發(fā)生堵塞時(shí)，通過(guò)激振電機(jī)的小功率激振，使弧形篩產(chǎn)生諧振，從而使堵塞物在大強(qiáng)度振動(dòng)作用下掉落。選煤機(jī)弧形篩原理圖如圖1所示。

圖1 弧形篩原理圖

1 選煤機(jī)弧形篩模態(tài)分析

模態(tài)分析以振動(dòng)理論相關(guān)知識(shí)作為基礎(chǔ)，獲取系統(tǒng)的固有頻率、振型及阻尼比。通過(guò)對(duì)選煤機(jī)篩板弧形座的模態(tài)分析，可以得到弧形座各階固有頻率及其振型，并從中選出最為合理的固有頻率和振型[2]。

動(dòng)力學(xué)分析是有限元分析中一項(xiàng)重要且較成熟的分析模塊。本文中采用ANSYS有限元軟件進(jìn)行弧形篩模態(tài)分析。

1.1 弧形篩三維模型的建立

本文采用Pro/E建立弧形篩篩箱及弧形座的三維實(shí)體模型，并將其材料賦為Q235，其模型及材料參數(shù)如圖2、圖3及表1。

圖2 篩箱

圖3 弧形座

表1 Q235材料屬性

1.2 弧形篩模態(tài)仿真

1.2.1 網(wǎng)格劃分

將實(shí)體單元賦予材料后進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化，用SOLID186實(shí)體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用自動(dòng)劃分方式，得到有限元模型如圖4所示。

網(wǎng)格劃分結(jié)果為138 506個(gè)四面體單元。

1.2.2 約束及載荷加載

根據(jù)選煤機(jī)弧形篩安裝實(shí)際工況對(duì)弧形篩進(jìn)行約束，并施加重力載荷，其約束及載荷簡(jiǎn)圖如圖5所示。

1.2.3 求解及結(jié)果分析

圖4 弧形座有限元模型

圖5 弧形座約束簡(jiǎn)圖

對(duì)上述模型進(jìn)行求解，得到弧形座前十階固有頻率及其振型如表2及圖6所示。

表2 前十階固有頻率及其振型

根據(jù)上述模態(tài)分析可知，弧形篩三階模態(tài)振型為篩板弧形座整體的彎曲振動(dòng)，且其振動(dòng)方向?yàn)檫x煤機(jī)工作時(shí)所需方向。因此，可通過(guò)此結(jié)果調(diào)整激振電機(jī)，將其振動(dòng)頻率調(diào)整至26.133Hz或其附近，弧形篩將產(chǎn)生諧振，從而產(chǎn)生較大振幅。

2 選煤機(jī)弧形篩多體動(dòng)力學(xué)分析

通過(guò)多體動(dòng)力學(xué)仿真可以得到弧形篩振動(dòng)情況及其受力情況，從而選出合適的激振電機(jī)激振頻率。

2.1 多體動(dòng)力學(xué)模型建立

將前述簡(jiǎn)化后的弧形篩三維模型導(dǎo)入到多體動(dòng)力學(xué)軟件ADAMS，并通過(guò)仿真軟件賦予三維模型各部分材料屬性及約束關(guān)系，其中，激振電機(jī)與軸之間為旋轉(zhuǎn)約束，弧形座與固定支架間為固定約束。添加完各項(xiàng)約束關(guān)系后，選煤機(jī)弧形篩多體動(dòng)力學(xué)模型如圖7所示。

圖6 弧形座前十階模態(tài)振型

圖7 弧形篩多體動(dòng)力學(xué)模型

前述分析中，若將激振頻率選定在弧形座三階固有頻率附近，可得到期望的振型。因此，將激振電機(jī)的振動(dòng)頻率取f=26 Hz，則電機(jī)偏心塊的轉(zhuǎn)速為n=26 r/s，其轉(zhuǎn)化為角速度為9 360 rad/s。

將上述參數(shù)通過(guò)STEP函數(shù)輸入到ADAMS中，繪制其轉(zhuǎn)速曲線如圖8所示。

圖中，從0～1 s為激振電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程，轉(zhuǎn)速?gòu)?加速至26 r/s（9 360 rad/s）。激振電機(jī)正常工作時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變。激振電機(jī)9 s開(kāi)始停機(jī)，1 s內(nèi)轉(zhuǎn)速降至0。

圖8 電機(jī)偏心塊轉(zhuǎn)速曲線

2.2 仿真結(jié)果及分析

仿真時(shí)間設(shè)置為10 s，通過(guò)上述模型進(jìn)行仿真，分別得到弧形座及篩箱質(zhì)心的位移曲線如下頁(yè)圖9—12所示。

由圖9—12可以得出，弧形座和篩箱在激振電機(jī)穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)等幅振動(dòng)，弧形座x、y方向上的位移均為5mm；篩箱質(zhì)心處x、y方向上的位移均為0.4mm?；⌒巫恼駝?dòng)幅度大致為篩箱振幅的12.5倍，在有效利用弧形座振幅的同時(shí)，可最大限度地減小篩箱本身的振動(dòng)幅度，避免篩箱的疲勞損壞。

圖9 弧形座x方向位移

圖10 弧形座y方向位移

3 結(jié)論

1）通過(guò)弧形篩模態(tài)分析，得出了選煤機(jī)弧形篩的前十階模態(tài)及其振型，為激振電機(jī)選型及電機(jī)頻率選擇提供理論依據(jù)；

2）由弧形篩動(dòng)力特性分析，初步得出所建立模型下電機(jī)轉(zhuǎn)速選擇方法及其振動(dòng)結(jié)論。同時(shí)為以后弧形篩動(dòng)力選擇提供方法。

圖11 質(zhì)心處x方向位移

圖12 質(zhì)心處y方向位移