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        紅星對振動篩的模態分析全過程

        作者:河南紅星機器     時間:2015-05-07 16:00:39

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        隨著技術的發展,在振動篩設計開發階段對其進行強度及動態性能的評估成為目前研究的熱點。但是,傳統的振動篩動能學分析大多集中在振動篩的靜態分析和模態分析,而振動篩作為一種多自由度的彈性系統,更加應該關心的是其正常運轉周期中,在交變載荷作用下的動態應力及運動特性。因此,對振動篩進行動態時域響應分析是十分必要的。河南紅星振動篩生產廠家對圓振動篩進行了動態分析,得到了振動篩質心從啟動到穩定工作過程中位移、速度和加速度的變化情況,并提出了求解振動篩質心運動軌跡的一種新方法。所述方法亦可應用于其他類似機械產品的分析。

        振動篩

        一、振動篩篩箱模型的建立

        1、模型的簡化

        篩箱側板沿支撐方向加有縱向加強肋板,側板與6根L形加強梁、入口端方形空心梁、后擋板及縱向加強梁等通過焊接連接,在兩側板外側4個角處焊有彈簧支撐板,整個篩箱靠4根螺旋彈簧支撐。連接篩箱和底座的每一根彈簧均簡化成一個彈簧單元,激振電動機簡化成殼單元和質量單元,所有各梁均簡化為梁單元,梁與板單元相連處節點全按從屬點考慮,以使該處變形協調。彈簧底座與側板的鉚釘連接簡化為剛性連接,且忽略所有鉚釘、鉚釘孔和部分工藝小孔等。

        2、載荷的施加

        篩箱在工作過程中受到重力、激振力、彈簧回復力和阻尼力的作用。由于該振動篩為慣性篩,在振動過程中,主要是激振器偏心質量旋轉時產生的慣性力起主導作用,彈簧回復力和阻尼力可忽略不計。因此,在對篩箱進行動態響應分析時,篩箱所受載荷為重力和激振力。激振力作用在電動機質量單元的節點上,以質量單元節點為主節點,激振器安裝座上的節點為從節點,在它們之間建立剛性連接。

        二、模態分析

        模態分析是求出篩箱各階固有頻率及相應振型,是進行動態時域響應分析的基礎。其各階固有頻率及振型是在無外力的情況下通過求解結構自由振動方程的廣義特征值得到的。

        振動篩的工作頻率為25Hz。結構的固有頻率有效地避開了工作頻率,避免了工作過程中的共振現象,避免了振動篩因自身動態特性不當而發生的振幅不穩、噪聲過大和過早損壞等一系列問題。

        三、動態時域響應分析

        振動篩性能的好壞主要取決于篩箱特征點的軌跡振型、振幅、拋擲指數等。我們主要研究在隨時間變化的激振力作用下,測量點的位移、速度及加速度的變化情況,篩箱動應力較大值的變化規律以及不同時刻篩箱的動應力分布情況等。

        1、輸入載荷值的確定

        根據振動篩電動機主要技術參數和非等質徑積多激振軸自同步理論,模擬了電動機從啟動到穩定工作階段電動機的輸出轉速,得到電動機轉速大概在0.5s時達到穩定。以此定義載荷時間變化函數,其中0~0.5s為頻率和幅值逐漸增大的啟動階段,0.5~1s為穩定階段。在此對啟動階段做理想簡化處理,將其簡化為線性增大至工作頻率后保持不變。

        2、質心運動的時間歷程

        通過分析,獲得篩箱質心沿不同方向的位移、速度及加速度信號的時間歷程。

        (1)當電動機啟動0.5s達到穩定運轉后,篩箱并未隨即進入穩定狀態,而是在延時0.25s左右,即電動機啟動0.75s時整篩達到穩定狀態。從啟動到穩定過程中,測點的振幅,速度和加速度波動較大,且啟動階段振幅幅值大于穩定階段幅值,這是由于激振電動機啟動過程中不斷變化的頻率使篩箱產生輕微的共振。共振時其振幅較大值達到0.012m,為正常工作的3倍左右。

        (2)達到穩定階段后,篩箱質心的振幅為0.0038m,速度幅值為0.60m/s,加速度為85m/s2,周期近似等于0.04s。其運動軌跡為與水平方向成45°的橢圓,振幅為3.8mm,與設計參數吻合,很好地印證了上述質心運動時間歷程中分析結果的正確性。這也是求取振動篩質心運動軌跡的一種新方法。

        3、篩箱整體動應力的時間歷程及分布情況

        為了對振動篩在穩定工作時的振動情況(應力分布、變形)有一個多方位的了解,還應該找出篩箱動應力變化情況以及動應力較大時刻篩箱整體的動應力分布情況。我們對振動篩穩定工作時的動應力情況進行了分析。在穩定工作過程中,在周期變化的激振力作用下,篩箱整體較大動應力也在5.0~16.2MPa之間周期變化,其周期為激振力周期的一半。動應力較大值為16.2MPa,滿足目前國家標準中對振動篩動應力小于24.5MPa的要求。

        篩箱動應力達到較大值時的篩箱動應力分布,篩箱在穩定工作過程中主要存在3個動應力集中區(包括篩箱側板與彈簧支撐板連接處):電動機支座與電動機連接處;L形加強梁與側板連接處;方形支撐梁與側板連接處。較大VonMises應力發生在側板與出口端彈簧支座的連接處,較大應力值為16.2MPa,說明在激振力作用下,篩箱側板與出口端彈簧支座加強板連接部位的變形及應力較大。

        這些應力集中區比其他部位的應力要大得多,而且接近這些連接位置時,應力值急劇增大。盡管其動應力值在標準允許范圍內,對這些區域也應引起足夠的重視。

        四、總結分析

        (1)對振動篩進行了模態分析,求出了前8階模態的固有頻率和振型。結構的固有頻率有效地避開了工作頻率,避免了工作工程中的共振現象,也為動態時域響應分析奠定了基礎。

        (2)對振動篩進行了動態時域分析,通過系統對周期變化載荷的響應分析,得到了振動篩質心從啟動到穩定工作過程中的振幅、速度和加速度變化。并通過質心的時間位移曲線擬合得到質心的運動軌跡。較之傳統方法,其方法更簡便,計算快捷,免去了對運動方程的推導和繁瑣的編程過程。

        (3)振動篩在啟動階段會發生輕微的共振現象,共振振幅為正常工作時的3倍左右,所以應盡量縮短電動機的開停機時間,讓振動篩迅速通過共振區。

        (4)篩箱整體較大動應力在5.0~16.2MPa間周期變化,滿足目前國家標準對振動篩動應力小于24.5MPa的要求。通過對振動篩整體的動應力分布圖的分析,得出篩箱在穩定工作過程中主要存在3個動應力集中區,對今后振動篩的設計工作有一定指導意義。

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