振动输送机振槽动态响应及影响因素研究

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偏心连杆振动输送机 (以下简称振动输送机)《起重运输机械》 2013(7)机型结构简单，主要驱动为弹性连杆式结构，运行可靠，同时还具有传动机构受力孝驱动功率孝装卸物料方便、制造成本低、适用范围比较- 61- 广、维修方便的特点，也可作-定范围的调幅和调频，因此在矿山、机械制造、粮食加工、烟丝生产等各种生产线上获得广泛应用。但 目前振动输送机普遍存在振动和噪声大的缺点，为此研究偏心连杆式输送机的动态性能，解决其振动和噪声，对于解决物流节点高效运作的瓶颈问题，具有重要的意义。

1 振槽的动态响应分析振动输送机的振槽是由角钢焊成的骨架与不锈钢板折弯成型的 u形槽用紧固件连接而成，U形槽分平板和波纹板两种，且旧能整体弯折成形，槽体的功能是承载和输送物料。由于槽体属于卞结构，受到激励时，结构振动较大。本文对振槽所做的动态响应分析主要包括模态分析和谐响应分析，因为模态分析是所有动力学分析的最基础的内容，也是其他更进-步动力学分析的起点。所以本文在建立有限元模型后，进行模态分析，在此基础上进行谐响应分析，可以达到- 次建镍行多次不同分析的目的。

1.1 振槽的模态分析1.1.1 模态分析简介模态分析用来确定结构的振动特性：自然频率、振型和参数系数 (即在特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动)▲行模态分析有许多好处：了解到振动输送机振槽的固有频率，结构设计避免共振或以特定频率进行振动，认识到振动输送机振槽结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的，有助于在其他的动力分析中估算求解控制参数 I2 J。

1.1.2 模态分析算例本文的研究对象是某型烟丝生产线上的振动输送机振槽 ，要进行动态响应分析，首先在 SolidEdge中建立几何模型。分析模型与实际力学模型特性的相符程度是决定计算结果可信度的关键。

长度 L2 850 mm，宽度 B600 mm，高度 H150 mm，钢板厚度 T1.5 mm，角钢规格为 60mm×40 mm×6 mm，然后保存为后缀为 .igs的文件，接着导入 Ansys软件，设置单元属性为 shel63，定义实常数：shel thickness为 6 mm和 1.5mm，设置材料属性：弹性模量 E2.1×10Pa，密度为P7 850 kg/m ，泊松比 0.3。有限元模型如图 1所示，约束处理：对建立的振槽有限元模型进行位移约束，限制其与摇杆连接处节点 、，方向以及绕 z轴方向的全部 自由度。然后进行模态分析，计算得到振槽的前 20阶固有频率如表 1所示。

表 1 振槽的前20阶固有频率阶数 1 2 3 4 5 6 l 7 8 l 9 10固有频-/Hz 0 0.00 15 0.O8 5.2 10 2.3 l 30.932 l 33.4 35.4阶数 11 12 13 14 15 16 l 17 I 18 l 19 20固有频率/Hz 38.4 41.8 43.9 46.2 50.4 5.6 l 61.9 1 63.7 l 69.6 71其中前 3阶固有频率非常小，为刚体模态的固有频率。从第 4阶开始为非刚体模态的固有频率。

1.2 振槽的谐响应分析1.2.1 谐响应分析基本理论谐响应分析主要用于分析持续的周期载荷在结构系统中产生持续的周期响应，以及确定线性结构承受随时间按正弦规律变化的载荷稳态响应，将响应以位移、速度和加速度的形式表示。多 自由度系统振动方程的矩阵表达式M CtiKuF(f) (1)- 62 - 式中：M 为整体质量矩阵，C为阻尼矩阵，为总体刚度矩阵，i；是加速度向量， 为速度向量，I.1为位移向量，F(t)为外力向量。

刚度矩阵由结构的材料属性和单元的几何性质决定，质量矩阵由密度来决定。因此，在 Ansys中进行谐响应分析时，通过定义材料特性 (弹性模量、泊松比和密度)与单元类型得到刚度矩阵和质量矩阵。在大多数情况下，阻尼的机制是不能确切知道的，从而阻尼矩阵 C的形式也是未知的，因此常对阻尼矩阵的形式做某种假设。常用的阻尼假设有 3种：振型阻尼、比例阻尼和常阻《起重运输机械》 2013(7)尼比系数。由于割台框架结构复杂且为钢结构，因此在计算时采用常阻尼比系数，即yey临 (2)式中：y为实际阻尼； 临为临界阻尼；C为阻尼比；0.02～0.04，钢结构的阻尼-般取 0.02。

通过相应位置的节点施加动载荷 ，可以得到载荷矩阵，(t)，然后代人式 (1)进行求解，可以得出系统在载荷F(f)作用下的以位移形式表达的响应 。

1.2.2 谐响应分析算例在对振动输送机振槽模态分析后对其进行谐响应分析，在振槽与摇杆连接处节点施加 F 34N、F 20 N的力，频率范围为0～300 Hz。根据经验可知 y向的响应最大，通过分析得到了振槽各个节点 y向位移响应曲线。在图2中列出振槽槽底前端、中间、尾端节点的位移响应曲线，节点编号分别为218、289和278。

87 26 45 6l。 4 84：I- 3 22 41 6O 8O图 1 振槽有限元分析模型f6 ll鼎 以 l i 巍 、呵 i 苎bO 25 5O 75 100 125 150 175 200 225 250频率/Hz图2 选定节点 y方向位移响应曲线从图2可以看出，前端节点峰值较高，峰值均出现在 35 Hz、55 Hz、70 Hz、90 Hz和 165 Hz左右，最大峰值出现在 90 Hz左右，最大位移达到《起重运输机械》 2013(7)0.61 mm。对照振槽的固有频率可知，在这些频率点出现峰值的原因是它们与非刚体模态的固有频率非秤近，容易发生共振，造成振槽位移响应较大。

2 加强筋对振槽固有频率的影响为了提高振槽的刚度和强度，在振槽底部加上加强筋，间距为 0.5 1/'1，数量为 4，对称布置于槽体长度方向的中心平面，与槽体最短边平行，截面形状为边长 30 mm的正方形 ，长度与槽体的宽度相等▲行分析，然后与原模型作比较。按照上述提到的模态分析的步骤对新模型进行模态分析，得出了加上加强筋后模型的前 15阶非刚体模态的固有频率，将其与原模型的固有频率进行对比，如表 2所示。

表2 加上加强筋前后的前 15阶非刚体模态的固有频率对比阶数 1 2 3 4 5原模型 5.2 10 22.3 30.9 32加筋后 11.6 18.7 35.1 42.2 48.9阶数 6 7 8 9 10原模型 33.4 35.4 38.4 41.8 43.9加筋后 49.6 50.5 51.7 56.6 66.3阶数 11 12 l3 14 15原模型 46.2 50.4 55.6 61.9 63.7加筋后 74.8 76.9 86.3 88.9 90从上表可以明显看出，槽体底部加上加强筋后，其各阶固有频率都得到了较大幅度的提高。

在-定程度上，对结构固有频率的提高相对很有效。根据理论可知，固有频率提高，刚度增大，动变形降低，结构有显著改善，有利于降低其振动噪声 。

3 厚度对振槽位移响应的影响为研究厚度对振槽结构位移响应的影响，分别对厚度为 1.5 mm、3 mm和 4 mm的槽体进行谐响应分析，得出选定节点 y向的位移响应曲线，来比较他们的最大位移响应，板厚为 3 mm和 4mm时的振槽位移响应曲线如图3和图4所示。

通过比较不同厚度下选定节点 l，方向上的位移响应频谱曲线可知，随着厚度的增加，位移峰- 63 - ；I＆j 躲 68 8I f、 V 1 碍. - 0 25 50 75 10O 125 15O 175 200 225 250频-/Hz图4 厚度为4 mm时选定节点y向位移响应曲线值呈现逐渐下降的趋势，最大位移分别为 0.61mm、0.245 mm和 0.185 mm。所以适当增加厚度可以减少其位移响应，有利于减振降噪。

4 材料对振槽位移响应的影响在保持原有结构不变的基础上，将槽体由钢板改为铝板，铝板的弹性模量 E7×10加Pa，密度P2 400 kg/m ，泊松比l，0.33，对其进行动力响应分析。材料为铝时位于槽底前端、中间和尾端的3个节点在 y方向上的位移响应曲线如图5所示，与材料为钢时所掩点 y方向的位移响应曲线对比可知，材料由钢板变为铝板后，其峰值出现在频率为 35 Hz、60 Hz、95 Hz和 175 Hz处，固有频率有稍微的后移，且位移响应峰值有明显增大，最大位移由原来的0.61 mm增大到现在的1.5 mm。

5 嗅本文通过对振动输送机振槽进行模态分析和- - 64 --a《1 j] ]j l 4i- 图5 材料为铝时选定节点 l，向位移响应曲线谐响应分析，得到前 20阶固有频率和振槽表面的位移响应。由 y方向上响应曲线图可知，前端节点峰值较高，峰值均出现在35 Hz、55 Hz、70 Hz、9O Hz和 165 Hz左右，最大峰值出现在 90 Hz左右，最大位移达到0.61 mm。然后研究了振槽结构和材料对动态性能的影响，文中选用铝板研究材料的影响，发现得出的 y向最大位移响应较钢板提高了 1倍多；研究结构的影响时，首先加上加强筋改变了结构的形状，固有频率得到了很大的提高，有利于减振降噪，其次增加了板材的厚度，发现随着厚度的增加，位移峰值呈现逐渐下降的趋势，也有利于减振降噪。综上，在设计振槽时，应尽量选择钢板，适 当增加板材厚度，加上加强筋，可以较大幅度提高固有频率，降低位移响应，达到减振降噪的目的。