基于有限元分析軟件ANSYS，對一種用于糧食清理和分級并采用振動電機激振的直線振動篩進行了動力學分析。通過進行模態(tài)分析，獲得了振動篩篩體的前十五階固有頻率和對應的振型；通過諧響應分析，求出了其工作狀態(tài)下的動應力分布。該分析對于研究此類振動篩的動態(tài)特性提供了一種新的方式，有利于其整體結(jié)構(gòu)設計和制造的現(xiàn)代化。
用于糧食清理和分級的振動篩是糧食篩分機械當中的重要一類。隨著糧食產(chǎn)量的不斷增加以及糧食加工的日趨規(guī)模化和集約化，糧食振動篩正朝著大型化﹑高效率﹑高壽命的方向發(fā)展。根據(jù)其工作原理，振動篩篩體在強大的激振力交變載荷作用下很容易發(fā)生疲勞損壞，而現(xiàn)有的糧食振動篩的設計大多是建立經(jīng)驗和簡單的強度計算上的，因而引入先進的分析和設計方法勢在必行。本文以一種典型的采用振動電機激振的TQLZ型直線振動篩為例，建立了其篩體振動體系的簡化三維立體模型，然后利用大型有限元分析軟件AN-SYS，對其進行了結(jié)構(gòu)動力學分析。從而在制造之前，對振動篩設計結(jié)構(gòu)的合理性提供了有價值的參考，進而可進行改進優(yōu)化。
1振動篩有限元模型的建立
1．1振動篩的結(jié)構(gòu)
用于糧食清理和分級的TQLZ型振動篩主要由篩體、進出料裝置、傳動及支承裝置、機架等部分組成。其十分明顯的特點是：篩體支承在4個橡膠彈簧上，利用振動電機驅(qū)動篩體運動。本文主要針對振動篩中由篩體、振動電機和橡膠彈簧組成的振動系統(tǒng)進行動力學特性分析，其力學模型如圖1所示。此類型振動篩篩體主要由殼體、側(cè)板、底板、彈簧支架等組成。兩臺振動電機安裝在篩體的兩側(cè)壁上，工作時產(chǎn)生某個方向的激振力，驅(qū)動篩體作往復直線運動。橡膠彈簧用來支承和減振，可有效的防止共振，減少對基礎產(chǎn)生的沖擊。
1．2模型的建立與簡化
對于比較復雜的機械系統(tǒng)，模型的建立要與實際的系統(tǒng)完全等效是很困難的。因此，在利用ANSYS軟件進行分析的過程中，一般根據(jù)分析目的的不同，對建立的模型進行一定程度的簡化。針對所討論的振動篩的特點，篩體的各個部分均采用了shell93單元進行網(wǎng)格劃分，用不同的殼單元實常數(shù)定義各部位厚度；彈簧的剛度分解成縱向剛度和橫向剛度，分別用com-bin14單元進行模擬；振動電機用mass21單元來處理，建立剛化區(qū)域，將代表振動電機的質(zhì)量點剛化于振動電機安裝底板上，激振力施加于質(zhì)量點上。不考慮裝于篩體內(nèi)部的兩層篩面和篩體上表面兩個觀察窗口上的透明面板，略去所有的鉚釘孔和鉚釘以及固定用的螺栓，忽略所有圓角。
2振動篩的模態(tài)分析
在進行振動篩的設計時，必須考慮振動現(xiàn)象。由于振動會造成結(jié)構(gòu)的共振或疲勞，從而破壞結(jié)構(gòu)，因此了解結(jié)構(gòu)本身具有的剛度特性即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，就可避免在使用中因共振因素造成的不必要的損失。模態(tài)分析主要用于確定結(jié)構(gòu)的振動特性，比如固有頻率和對應的各階振型，它們是結(jié)構(gòu)承受動載荷的重要參數(shù)，也是其他各類動力學分析的基礎，因此對振動篩進行模態(tài)分析是很有必要的。利用ANSYS軟件對振動篩篩體的有限元模型進行模態(tài)分析，得出了振動篩篩體的前15階固有頻率見表1。
表1振動篩篩體的模態(tài)頻率計算結(jié)果
模態(tài)階數(shù)固有頻率（Hz） 模態(tài)階數(shù)固有頻率（Hz）
1 0．92493E－03 9 38．337
2 3．8705 10 43．693
3 4．204 11 147．025
4 6．8770 12 58．843
5 9．2973 13 63．079
6 10．175 14 64．079
7 31．1 15 1571．987
8 31．373
該振動篩的激振頻率為15．5Hz，介于第6階和第7階固有頻率之間。與第6階和第7階固有頻率對應的振型如圖2所示。由此可知，在振動篩正常工作時，因為其工作頻率均遠離***近的第6階和第7階固有頻率，故避免了產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
3振動篩的諧響應分析
諧響應分析的目的是研究振動篩在簡諧激振力的作用下，篩體的動態(tài)響應。從而找出其工作狀態(tài)下的應力分布規(guī)律，觀察應力水平較高的區(qū)域。利用AN-SYS軟件對振動篩篩體有限元模型進行諧響應分析，得到了振動篩篩體在激振頻率下的應力分布如圖3所示。圖3中顯示出篩體的底部、彈簧支架、振動電機安裝底板這幾個部位的應力水平較高，***高的地方可達107Pa以上，與實際情況比較吻合。故該分析結(jié)果對振動篩結(jié)構(gòu)設計的進一步改進和完善提供了具有價值的參考。
4小結(jié)
運用有限元軟件對振動篩進行力學分析的研究很多，但基本上都是針對礦山或者冶金使用的振動篩。本文則針對糧食篩分和清理用的振動篩進行研究，以一種典型的采用振動電機激振的直線振動篩為例，利用ANSYS軟件，建立了篩體振動系統(tǒng)的有限元模型，并對其進行了動力學分析。通過進行模態(tài)分析，獲得了振動篩篩體的前15階固有頻率和對應的振型；通過諧響應分析，求出了其工作狀態(tài)下的動應力分布。從而為糧食篩分機械的現(xiàn)代化設計和研究進行了有益的探索，為進一步研究提供了參考。
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