于 沖，楊龍崗（唐山冀東裝備工程股份有限公司，河北 唐山 ）

0 前言

近年來，隨著環(huán)保要求越來越高，在礦山開采以及建筑垃圾破碎工藝中，移動破碎設備呈突破式快速發(fā)展的趨勢。移動破碎設備正常工作時，物料通過給料機給料進入振動篩，通過振動篩的篩分作用將物料篩選，成品物料可直接進入出料設備，大塊物料進入破碎機進行破碎，從而提高設備的破碎效率，減小了功耗。因此，振動篩是移動破碎設備上不可或缺的部分。然而，振動篩箱體的結構強度和剛度問題是至今仍未得到很好解決的十分突出的問題[1]。振動篩工作時，同時受靜態(tài)以及周期性交變載荷作用，因此，對振動篩箱體進行動態(tài)響應分析是很有必要的。

1 振動篩結構特點

用于移動破碎設備的振動篩，其結構如圖1所示。該振動篩由箱體、振動電機、篩板、支撐裝置等組成，兩臺振動電機平行安裝，振動電機的兩個外伸部分各裝有一對偏心塊。振動篩工作時，通過兩側振動電機內偏心塊旋轉產生周期性交變載荷即激振力驅動振動篩產生振動。

圖1 振動篩結構圖

2 動態(tài)響應分析

本文使用ANSYS Workbench軟件對箱體結構進行動態(tài)響應分析。

2.1 模態(tài)分析

為了解箱體的振動特性，需要對其進行模態(tài)分析。通過模態(tài)分析方法搞清楚箱體結構在某一頻率范圍內各階主要的模態(tài)特性，就可得到該結構在此頻段內在外部動載荷作用下產生的實際振動響應。

（1）有限元模型建立及加載。本文對振動篩箱體進行有限元建模，為了計算方便在保證計算結果的精度以及控制模型的規(guī)模[2]的基礎上對模型進行了線性簡化處理，即忽略箱體上的工藝孔及螺栓孔、將各焊接件看成一個整體。振動篩工作時通過支撐裝置內的彈簧來減緩設備對下方固定面的沖擊，因此本文在建模時對箱體四個支點根據(jù)彈簧剛度建立對地彈簧連接。

（2）后處理。箱體結構在振動時，高階固有頻率由于阻尼的作用衰減的很快，對結構響應的貢獻很小，因此本文只選取箱體的前6階模態(tài)進行分析，模態(tài)分析計算結果見表1，其對應的振型見圖2～7。

表1 前6階模態(tài)分析計算結果

圖2 第1階振型

由圖2～7可以看出，第1、2、3階基本無振型，第4階振型為X軸方向平動，第5階振型為Z軸方向的平動，第6階振型為兩側板的彎曲振動。振動篩中正常工作時外部激振頻率為50 Hz，本文計算得到的前6階固有頻率均遠離外部激振頻率，因此箱體正常工作時不會發(fā)生共振。

由此，通過分析得到該箱體的固有頻率和振型，為下一步進行諧響應分析做好準備。

2.2 諧響應分析

在振動篩工作時，周期性交變激振力會通過振動電機梁作用于箱體上。當激振力頻率與箱體的固有頻率相近時，則會發(fā)生共振，這不僅會影響振動篩的正常工作，還可能造成箱體的損壞，因此需要對箱體進行諧響應分析。

圖3 第2階振型

圖4 第3階振型

圖5 第4階振型

根據(jù)振動篩工作的實際情況，取兩個振動電機的激振力為80kN，取初相位φ=0。由于振動電機激振力頻率為50Hz，因此本文選擇研究外激振頻率范圍為0～80Hz時箱體對受迫振動以及自激振動的響應，如圖8所示。

由圖8可知激振頻率在0～80Hz的范圍內最大主應力首先隨頻率的增大而迅速增大，在3～4Hz時到達最大值，隨后隨著頻率的增大主應力減小，當激振頻率增大至50Hz左右時，箱體上最大主應力已衰減至遠離共振區(qū)。

圖6 第5階振型

圖7 第6階振型

圖8 最大主應力的頻率響應

4 結論

本文通過有限元分析軟件對振動篩箱體進行動態(tài)響應分析，首先通過模態(tài)分析得到箱體前6階固有頻率和振型，然后根據(jù)模態(tài)分析結果進行諧響應分析，以此得到了振動篩箱體在正常工作及起停過程中的動態(tài)響應特性：振動篩啟停過程中會經歷時間很短的共振區(qū)，隨著頻率迅速增大至正常工作頻率，箱體不會再發(fā)生共振。由此可以確定該箱體結構設計是合理的。