单通道与超静定网梁结构振动筛分机的固有特性分析比较
作者：宏源科技 日期：2014-01-13
为了进一步研究超静定网梁结构大型振动筛的动力学特性，分别对一般单通道 结构振动筛与超静定网梁结构振动筛进行动力学特性分析。
该振动筛分机属于一个空间板梁组合结构，侧板、横梁均采用焊接和法兰螺栓连接。 整个筛框由 4 组橡胶弹簧支撑，总共有 12 个橡胶弹簧。在结构动力学分析程序的 计算中，需要进行刚度转化，以限定振动筛 3 个方向的自由度，而保证整个刚体的 稳定。将并联在一起的 3 根弹簧等效为一根，用弹簧单元模拟，并分为三个方向建 模。通常取弹簧侧向刚度为轴向刚度的 1/3 [1,117] 。筛体两侧板之间通过 9 根下横梁、 3 根上横梁和由 6 根管梁、2 根激振器梁和 3 个静定板侧板构成的超静定网梁结构 连接。振动筛简化结构的有限元计算模型如图 5-16 所示。
该振动筛分机属于一个空间板梁组合结构，侧板、横梁均采用焊接和法兰螺栓连接。 整个筛框由 4 组橡胶弹簧支撑，总共有 12 个橡胶弹簧。在结构动力学分析程序的 计算中，需要进行刚度转化，以限定振动筛 3 个方向的自由度，而保证整个刚体的 稳定。将并联在一起的 3 根弹簧等效为一根，用弹簧单元模拟，并分为三个方向建 模。通常取弹簧侧向刚度为轴向刚度的 1/3 [1,117] 。筛体两侧板之间通过 9 根下横梁、 3 根上横梁和由 6 根管梁、2 根激振器梁和 3 个静定板侧板构成的超静定网梁结构 连接。振动筛简化结构的有限元计算模型如图 5-16 所示。
图 5-16 振动筛简化有限元结构图
利用大型有限元分析软件 ANSYS，分别计算了单通道和超静定结构振动筛的 前 12 阶固有振型和模态频率，结果如表 5-6 所示。
从计算结果可以看出，筛体固有振型主要为刚体运动和筛框弯曲变形两种。刚 体运动时只有弹簧发生变形，其固有频率取决于筛体质量和弹簧刚度。超静定振动 筛由于采用了网梁结构，增加了局部系统质量，而弹簧刚度不变，使得筛体的刚体 运动频率低于单通道筛。而筛体弯曲变形的固有频率则取决于筛体结构的刚度。从 表5-6可以看出，与一般单通道结构振动筛相比，超静定网梁结构振动筛的刚度比较 大，结构的固有频率远离工作频率12.17 Hz，从而可避免工作时发生共振，大大降 低筛体疲劳强度，延长工作寿命。
从图 5-17 可以看出，单通道与超静定网梁结构振动筛筛体的前 6 阶模态振型为 筛体的刚体模态，分别为沿 x、y、z 轴的刚体平动和绕着 x、y、z 轴的刚体转动。 从第 7 阶开始，单通道及超静定结构振动筛筛体的模态振型主要为筛体的弯曲和摆 动变形。单通道筛的弯曲和摆动的振型的固有频率比超静定筛低，相对应的每阶振 型中的大变形区域比较多，幅值偏大，这说明了超静定网梁激振结构振动筛的整体 刚度比单通道筛大，筛体侧板的强度也明显增加。
对单通道振动筛和超静定网梁结构振动筛的固有特性分析表明，超静定网梁结构增加了筛体结构刚度，提高了筛体弯曲、扭转变形的固有频率，固有频率远离工作频率，可以有效地避免共振，降低结构的破坏程度，提高使用寿命。这充分说明了超静定结构应用于振动筛结构设计的可行性和性能优势。
从计算结果可以看出，筛体固有振型主要为刚体运动和筛框弯曲变形两种。刚 体运动时只有弹簧发生变形，其固有频率取决于筛体质量和弹簧刚度。超静定振动 筛由于采用了网梁结构，增加了局部系统质量，而弹簧刚度不变，使得筛体的刚体 运动频率低于单通道筛。而筛体弯曲变形的固有频率则取决于筛体结构的刚度。从 表5-6可以看出，与一般单通道结构振动筛相比，超静定网梁结构振动筛的刚度比较 大，结构的固有频率远离工作频率12.17 Hz，从而可避免工作时发生共振，大大降 低筛体疲劳强度，延长工作寿命。
从图 5-17 可以看出，单通道与超静定网梁结构振动筛筛体的前 6 阶模态振型为 筛体的刚体模态，分别为沿 x、y、z 轴的刚体平动和绕着 x、y、z 轴的刚体转动。 从第 7 阶开始，单通道及超静定结构振动筛筛体的模态振型主要为筛体的弯曲和摆 动变形。单通道筛的弯曲和摆动的振型的固有频率比超静定筛低，相对应的每阶振 型中的大变形区域比较多，幅值偏大，这说明了超静定网梁激振结构振动筛的整体 刚度比单通道筛大，筛体侧板的强度也明显增加。
对单通道振动筛和超静定网梁结构振动筛的固有特性分析表明，超静定网梁结构增加了筛体结构刚度，提高了筛体弯曲、扭转变形的固有频率，固有频率远离工作频率，可以有效地避免共振，降低结构的破坏程度，提高使用寿命。这充分说明了超静定结构应用于振动筛结构设计的可行性和性能优势。
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