振动筛的动应力分析.pdf

T 0 A N 0 冶金设备 赣 期F ril 2 0 0 5 M E T A L L U R G IC A L E Q U IP M E N T 2 0 0 5 2 - 年 4 月 弟别 振动筛的动应力分析 张永锋①尹忠俊徐明 程从山 北京科技大学机械工程学院北京 1 0 0 0 8 3 摘要 应用有限元软件 A N S Y S ， 建立了振动筛的有限元模型。进行谐响应分析 ， 求出了振动筛工作状 态下的动应力分布， 并对其结构进行加强， 使筛体动应力分布趋于均匀， 应力水平整体降低， 达到国家标准。 关键词 振动筛有限元A N S Y S动应力分析 中图分类号T B 1 1 5 文献标识码A Dy n a mi c S t r e s s An a l y s i s o f Vi b r a t i n g S c r e e n Z h a n g Y o n g f e n g Y i n Z h o n u n X u Mi n g C h e n g C o n g s h a n Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g S c h o o l ， U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e ij i n g ABS TRACT Es t a b l i s h e d t h e f i n i t e e l e me n t mo d e l o f v i b r a t i n g s c r e e n b y t h e ANS YS s o f t w a r e ．Ac q u i r e d t h e d y n a mi c s t r e s s d i s t rib u t i o n o f v i b r a t i n g s c r e e n i n t h e s t a t e o f w o r k i n g b y h a r mo n i c r e s p o n s e a n a l y s i s ．On t h e b a s i s o f t h i s。s t r e n g t h e n e d t h e s t r u c t u r e i n o r d e r t o ma k e s t r e s s d i s t rib u t i o n mo r e e v e n a n d t h e s t r e s s l e v e l l o w e r o n t h e wh o l e ．Me e t e d t h e r e q u i r e me n t o f t h e s t a t e s t a n d a r d f o r v i b r a t i n g s c r e e n ． KEYW ORDS Vi b r a t i n g s c r e e n F i n i t e e l e me n t a n a l y s i s ANS YS d y n a mi c s t r e s s a n a l y s i s 1 前言 振动筛分机械是近二十年来得到迅速发展 的一种新 型机械， 已广泛应用 于采矿 、 冶 金 、 石 化 、 建筑等工业部门。振动筛筛箱在强大的激振 力交变载荷 的作用下很容易发生疲劳损坏。 目 前国内筛分机的使用寿命一般在 8年以下， 国外 可用 1 0年。国家标准对振动筛动力响应的要求 有两个 一是 运动 要求 ， 如筛 箱横 向摆 动 小于 1 m m， 两侧板对应点振幅差小于 0 ． 5 m m； 二是 动 应力小于 2 4 ． 5 M P a 。 本文 以 2 0 6 5椭 圆振 动筛 为研究对象 ， 应用 A N S Y S有限元分析软件 ， 分析工作状态下的动应 力分布 ， 并对其结构进行加强， 使筛体 动应力分 布趋于均匀 ， 应力水平整体降低 ， 达到 国家标准。 在此过程 中， 对振动筛 的建模进 行 了有益 的探 索 ， 为进一步研究提供 了参考。 2 振动筛有限元模型的建立 2 ． 1 2 0 6 5椭圆振动筛的结构 2 0 6 5双轴惯性式椭圆振动筛主要 由筛箱 、 激 振器 、 二次隔振系统组成 。其 中， 筛箱主要 由筛 框部件 、 挡板组件 、 筛板组件 、 弹簧支座组成 。其 中筛框部件又由侧板组件 、 圆横梁 、 撑梁 、 人料 口 连接梁等组成； 挡板组件从人料端到 出料端每侧 包括 6块挡板 ； 筛板组件由 3 块筛板组成。 2 ． 2 各部位的简化 侧板 、 挡板 、 横 梁、 撑梁 、 激振器安装 座都用 s h e l l 4 8 单元划分网格， 用不 同的板单元实常数来 定义各部位厚度 ； 弹簧用 c o m b i n e l 4单元模拟， 其 ①作者简介 张永锋 ， 男， 1 9 7 9年出生 ， 北京科技大学机械设计及理论专业硕士在读， 从事机械 C A E ／ C A D仿真 、 液压传动与控制 科研工作 一 4 2 维普资讯 张永锋等 振动筛的动应力分析 2 0 0 5年4月第 2期 中弹簧的横向刚度通过在横向加 c o m b in e l 4单元 来模拟， 此单元一个弹簧 只能划分为一个单元 ， 如果划分多个单元 ， 相 当于多个弹簧串连； 激振 器做质量单元 m a s s 2 1 处理 ； 此振动筛采用树脂筛 板 ， 质量极轻 ， 只有几百千克 ， 因此筛板在建模时 不予以考虑； 忽略所有的圆角， 铆钉孔和筛孔 、 以 及铆钉 ， 以简化建模和分网过程。二次隔振 系统 的主要作用是减少振动筛对地基 的冲击 ， 而对筛 体的动应力分布影响不大 ， 在建模时不予考虑。 2 ． 3 激振力的施加 激振器给振动筛提供激振力 ， 有大小两个偏 心块 ， 二偏心块 以一定 相位差 角做匀速反 向旋 转， 产生 的惯性力 的合力矢量 为一个椭 圆力矢 量； 利用 A N S Y S 软件中的谐分析功能进行求解 。 谐分析只能施加正 弦周期激振力， 为此 ， 将大小 偏心块产生的激振力向两坐标轴分解， 分解后 的 分力即为正弦力， 可 以直接在谐分析中施加， 需 要注意处理好各个分力之间的相 位角关 系。用 三个质量单元模拟一个激振器 ， 左右两个质量单 元分别代表大小偏心块 ， 激振器的其余质量都用 中间质量单元表示。以中间节点单 元作为主节 点 ， 大小偏心块单元节点和激振器安装座上的节 点作为从属节点 ， 建立 刚化 区域 ， 将三个质量 点 刚化于激振器安装座上。将力施加于大小偏心 块质量单元节点上。 3 结果分析 激振力频率取 1 2 ． 3 3 H z ， 此时求得 的应力分 布结果如图 1 所示。图中显示最大应力区域为人 口端梁处 ， 应力值在 2 4 ． 5～ 9 2 ． 5 M P a之间， 大于 许用应力值 2 4 ． 5 MP a 。其 次是安装 激振器 的撑 梁， 应力值大约在 5～1 0 MP a之间。侧板边缘以 及侧板和圆横梁、 撑梁的连接处应力值大于侧板 其它部位应力值 。 根据以上分析， 对振动筛应力薄弱环节进行 改进。对将激振器安装垫板 和撑梁 的连接部位 的拐角由直角过渡改 为钝角过 渡， 减少应力 集 中。垫板两侧各用四个肋板支撑 ， 在安装座两侧 的撑梁内部各以一块筋板支撑 ， 增加刚度 。在撑 梁和侧板连接部位用加强筋板加强。入 口端梁 和侧板四周均 以 L型角钢加强。不断调整加强 筋尺寸 ， 直到应力水平整体上降低并趋于均匀 。 图 1 结构加强前的等效应 力分布图 加强后应力分布结果如图 2所示。图2显示 最大应力 为 1 1 ． 6 MP a ， 远低 于 许用 应 力值 2 4 ． 5 M P a ， 且 只有撑梁上个别点的应力值在 5 MP a以 上。筛体其余部位的应力都低于5 M P a ， 安全系数 接近 6 ， 符合国家标准。 L 型角 图 2 结构加强后的应力分布图 4 结束语 1 有限元模型建立的好坏直接关系到计算 结果的准确性 ， 振 动筛有 限元模 型比较复杂 ， 需 要用到比较多的 A N S Y S 有限元建模技术。 2 在应力分析的基础上 ， 对振动筛结构提 出 了加强方案 ， 并在试算过程 中对加强方案进行多 次改进 ， 最终使筛体应力满足了国家标准。 参考文献 [ 1 ] 闻邦椿， 刘树英．振动机械的理论与动态设计方法． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 1 ． 1 [ 2 ] 王国强． 实用工程数值模拟技术及其在 A N S Y S上的 实践． 西安 西北工业大学出版社， 1 9 9 9 [ 3 ] 傅莉． 2 Z K1 7 6 0型双轴振动筛强度分析． 机械设计 与制造 ， 2 0 0 0 ． 2 [ 4 ] 和世超， 赵尚民． 振动筛筛框模态分析及动态响应． 焦 作工学院学报 ， 2 0 0 1 ． 9 收稿 日期 2 0 0 4 1 0 2 9 ． ． ． 4 3 ． ． 维普资讯