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大型直线振动筛动的强度有限元分析

发布于:2020-11-29 15:54
有限元分析

       随着我国工业的发展,振动筛日趋大型化,其强度问题一直没有得到很好解决,筛框侧板开裂和横梁断裂等现象时有发生。为此利用SAPS程序对zKB3675直线筛进行了有限元分析动强度计算,并与大学合作对该筛进行了模态试验,找出了筛框动应力分布规律及其模态特征值和特征矢量。
       该筛筛框为空间板梁组合结构,由两部电动机在单侧以自同步方式驱动,其工作频率为980r/min,双振幅gmm,振动方向角450。整个筛框由4组橡胶弹簧支撑,筛框侧板支撑方向加有纵向加强筋板,中部内外侧衬有加强板。两侧板与9根圆管主梁、2根圆管加强梁、l根井型加强梁、挡料梁、后端梁和排料梁等均通过高强度螺栓联接,在主梁上铺有筛板及前后衬板。整个筛框各部件形状特殊,许多部件采用螺栓联接,其运动及变形较复杂,因此计算模型建立比较困难。此次计算为与实验相配合,将筛框按整体结构进行简化,计算模型如图所示。
       该模型采用SAPS单元库中精度较高的板单元、梁单元及边界元。侧板及上下翼缘均按板元划分。筛板、侧压板和前后衬板考虑其质量贡献、,不计其刚度影响,即只考虑其振动时产生的惯性力。由于挡料梁与后端梁通过高强度螺栓联接,故作为一根梁处理。侧板外侧的纵向支撑板简化为工字型梁。传动轴外的护管套由于振动筛计算模型度不容忽略,亦作梁处理。激振器传动部分比较复杂,为避免丢失质量及刚度,该处简化为短粗梁。所有各梁均按三维梁单元划分,梁与板相连处结点全按从属节点考虑,以使该处变形协调。筛框弹性支座处沿X、Y、Z方向各加拉伸边界元一个,上下翼缘节点各加扭转边界元一个。该模型参数见表。
       图计算模型的边界条件由边界元给定,支撑橡胶弹簧简化为拉压边界元,单元刚度为纵向刚度:k-980kgc/m横向刚度:k~588kgc/m2,约束板第六自由度的扭转边界元刚度。
       为得到模态参数,采用多点激励法对该筛进行试验模态分析,测试结果经过HP542A3结构动态分析仪分析处理,获得了完整的实验模态振型及固有频率。有限元模态解析值与该实验值吻合较好。其中第8、9、10三阶模态固有频率离筛框工作频率15.3Hz较近,所以这三阶振型对筛框整体变形将起主导作用。
       总体说来,该筛各阶模态频率均避开了其工作频率,各部位动应力值较低,其设计满足强度要求。筛框在振动过程中对其破坏性最大的是频率为15.3Hz的扭转振型。通过将前端加强梁改为井型,在万向节轴上加护管套,在侧板上加支撑筋等来消除该阶振型,使其频率远离工作点,但效果不理想,仅使筛框强度比原筛有所加强,因此如何降低筛框扭转变形仍应引起注意。从模态振型来看,侧板弯曲变形较大,主梁则较小,为使筛框整体变形协调,可否减小丰梁尺寸,并在侧板上加筋值得考虑。另外进出料端梁强度相对较弱,有待加强。由图5可知,侧板左上部阴影部分应力较大,从15.3Hz的实验模态振型上也可清楚看到该部分相对变形较大,因此侧板中部加强板形状需重新设计。从上可知,有限元强度计算结果与实验值吻合,证明该模型和载荷的设置是合理的。


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