單通道與超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)振動篩分機的固有特性分析比較
作者：宏源科技 日期：2014-01-13
為了進一步研究超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)大型振動篩的動力學特性，分別對一般單通道 結(jié)構(gòu)振動篩與超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)振動篩進行動力學特性分析。
該振動篩分機屬于一個空間板梁組合結(jié)構(gòu)，側(cè)板、橫梁均采用焊接和法蘭螺栓連接。 整個篩框由 4 組橡膠彈簧支撐，總共有 12 個橡膠彈簧。在結(jié)構(gòu)動力學分析程序的 計算中，需要進行剛度轉(zhuǎn)化，以限定振動篩 3 個方向的自由度，而保證整個剛體的 穩(wěn)定。將并聯(lián)在一起的 3 根彈簧等效為一根，用彈簧單元模擬，并分為三個方向建 模。通常取彈簧側(cè)向剛度為軸向剛度的 1/3 [1,117] 。篩體兩側(cè)板之間通過 9 根下橫梁、 3 根上橫梁和由 6 根管梁、2 根激振器梁和 3 個靜定板側(cè)板構(gòu)成的超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu) 連接。振動篩簡化結(jié)構(gòu)的有限元計算模型如圖 5-16 所示。
該振動篩分機屬于一個空間板梁組合結(jié)構(gòu)，側(cè)板、橫梁均采用焊接和法蘭螺栓連接。 整個篩框由 4 組橡膠彈簧支撐，總共有 12 個橡膠彈簧。在結(jié)構(gòu)動力學分析程序的 計算中，需要進行剛度轉(zhuǎn)化，以限定振動篩 3 個方向的自由度，而保證整個剛體的 穩(wěn)定。將并聯(lián)在一起的 3 根彈簧等效為一根，用彈簧單元模擬，并分為三個方向建 模。通常取彈簧側(cè)向剛度為軸向剛度的 1/3 [1,117] 。篩體兩側(cè)板之間通過 9 根下橫梁、 3 根上橫梁和由 6 根管梁、2 根激振器梁和 3 個靜定板側(cè)板構(gòu)成的超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu) 連接。振動篩簡化結(jié)構(gòu)的有限元計算模型如圖 5-16 所示。
圖 5-16 振動篩簡化有限元結(jié)構(gòu)圖
利用大型有限元分析軟件 ANSYS，分別計算了單通道和超靜定結(jié)構(gòu)振動篩的 前 12 階固有振型和模態(tài)頻率，結(jié)果如表 5-6 所示。
從計算結(jié)果可以看出，篩體固有振型主要為剛體運動和篩框彎曲變形兩種。剛 體運動時只有彈簧發(fā)生變形，其固有頻率取決于篩體質(zhì)量和彈簧剛度。超靜定振動 篩由于采用了網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)，增加了局部系統(tǒng)質(zhì)量，而彈簧剛度不變，使得篩體的剛體 運動頻率低于單通道篩。而篩體彎曲變形的固有頻率則取決于篩體結(jié)構(gòu)的剛度。從 表5-6可以看出，與一般單通道結(jié)構(gòu)振動篩相比，超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)振動篩的剛度比較 大，結(jié)構(gòu)的固有頻率遠離工作頻率12.17 Hz，從而可避免工作時發(fā)生共振，大大降 低篩體疲勞強度，延長工作壽命。
從圖 5-17 可以看出，單通道與超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)振動篩篩體的前 6 階模態(tài)振型為 篩體的剛體模態(tài)，分別為沿 x、y、z 軸的剛體平動和繞著 x、y、z 軸的剛體轉(zhuǎn)動。 從第 7 階開始，單通道及超靜定結(jié)構(gòu)振動篩篩體的模態(tài)振型主要為篩體的彎曲和擺 動變形。單通道篩的彎曲和擺動的振型的固有頻率比超靜定篩低，相對應的每階振 型中的大變形區(qū)域比較多，幅值偏大，這說明了超靜定網(wǎng)梁激振結(jié)構(gòu)振動篩的整體 剛度比單通道篩大，篩體側(cè)板的強度也明顯增加。
對單通道振動篩和超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)振動篩的固有特性分析表明，超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)增加了篩體結(jié)構(gòu)剛度，提高了篩體彎曲、扭轉(zhuǎn)變形的固有頻率，固有頻率遠離工作頻率，可以有效地避免共振，降低結(jié)構(gòu)的破壞程度，提高使用壽命。這充分說明了超靜定結(jié)構(gòu)應用于振動篩結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性和性能優(yōu)勢。
從計算結(jié)果可以看出，篩體固有振型主要為剛體運動和篩框彎曲變形兩種。剛 體運動時只有彈簧發(fā)生變形，其固有頻率取決于篩體質(zhì)量和彈簧剛度。超靜定振動 篩由于采用了網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)，增加了局部系統(tǒng)質(zhì)量，而彈簧剛度不變，使得篩體的剛體 運動頻率低于單通道篩。而篩體彎曲變形的固有頻率則取決于篩體結(jié)構(gòu)的剛度。從 表5-6可以看出，與一般單通道結(jié)構(gòu)振動篩相比，超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)振動篩的剛度比較 大，結(jié)構(gòu)的固有頻率遠離工作頻率12.17 Hz，從而可避免工作時發(fā)生共振，大大降 低篩體疲勞強度，延長工作壽命。
從圖 5-17 可以看出，單通道與超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)振動篩篩體的前 6 階模態(tài)振型為 篩體的剛體模態(tài)，分別為沿 x、y、z 軸的剛體平動和繞著 x、y、z 軸的剛體轉(zhuǎn)動。 從第 7 階開始，單通道及超靜定結(jié)構(gòu)振動篩篩體的模態(tài)振型主要為篩體的彎曲和擺 動變形。單通道篩的彎曲和擺動的振型的固有頻率比超靜定篩低，相對應的每階振 型中的大變形區(qū)域比較多，幅值偏大，這說明了超靜定網(wǎng)梁激振結(jié)構(gòu)振動篩的整體 剛度比單通道篩大，篩體側(cè)板的強度也明顯增加。
對單通道振動篩和超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)振動篩的固有特性分析表明，超靜定網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)增加了篩體結(jié)構(gòu)剛度，提高了篩體彎曲、扭轉(zhuǎn)變形的固有頻率，固有頻率遠離工作頻率，可以有效地避免共振，降低結(jié)構(gòu)的破壞程度，提高使用壽命。這充分說明了超靜定結(jié)構(gòu)應用于振動篩結(jié)構(gòu)設(shè)計的可行性和性能優(yōu)勢。
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