煙草輸送機(jī)中間架的模態(tài)仿真

秦皇島弘和機(jī)械有限責(zé)任公司 郭必成

煙草輸送機(jī)中間架的模態(tài)仿真

秦皇島弘和機(jī)械有限責(zé)任公司 郭必成

本文運(yùn)用有限元分析的方法，以ZGC．4型煙草輸送機(jī)的中間架為分析對(duì)象，在計(jì)算機(jī)內(nèi)存的許可范圍內(nèi)，選擇精細(xì)的四面體網(wǎng)格，求解出中間架的模態(tài)頻率以及模態(tài)振型。通過(guò)多種設(shè)計(jì)方案的比較，最后決定只增加槽鋼的厚度，可以實(shí)現(xiàn)在不改動(dòng)中間架其他零件定位尺寸的前提下，提高中間架的模態(tài)頻率，使中間架更不易發(fā)生共振。

中間架；彎曲振動(dòng)；模態(tài)分析

0 前言

ZGC.4型煙草輸送機(jī)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的提高以及中間架長(zhǎng)度的增加，中間架振動(dòng)和噪聲也將快速增加，特別是ZGC.4型中間架在340r/min運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，其中間架彎曲振動(dòng)加劇，影響煙草輸送效率。針對(duì)目前存在的問(wèn)題，本文采用有限元分析的方法，對(duì)ZGC.4型中間架振動(dòng)進(jìn)行模態(tài)分析，并對(duì)有限元模型進(jìn)行相應(yīng)的修改，并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，獲得提高中間架固有頻率的方法，為具體改進(jìn)中間架設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

中間架為槽鋼焊接而成，中間架兩側(cè)通過(guò)角鐵固接在支架上，中間架的中間支撐部分固定電機(jī)和偏心輪，中間架的上側(cè)連接振槽，中間架的下側(cè)連接平衡體。軸測(cè)圖如圖1所示。

其主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：

槽鋼的厚度：8.5mm

中間架的長(zhǎng)度：3000mm

中間架的高度：160mm中間架的寬度：812mm支撐鋼板間距：1860mm中間架的重量：290.9Kg

圖1 中間架軸測(cè)圖

圖2 中間架單元?jiǎng)澐謭D

2 有限元模型

為了得到盡可能高的計(jì)算精度，有限元建模采用四面體單元[3,4]，只是對(duì)細(xì)微結(jié)構(gòu)在不影響計(jì)算精度的條件下做了適當(dāng)簡(jiǎn)化，經(jīng)過(guò)網(wǎng)格劃分后共有19791個(gè)單元，39438個(gè)結(jié)點(diǎn)，如圖2所示。

3 模態(tài)分析

機(jī)頭是自由端，而角鐵和支架焊接在一起，屬于固定端，所以在角鐵的根部施加約束[5,6]，將根部的位移設(shè)置為0。經(jīng)過(guò)軟件計(jì)算，結(jié)構(gòu)的前四階模態(tài)振型圖如圖3所示。

圖3 中間架前四階模態(tài)振型圖

通過(guò)有限元軟件的計(jì)算，一階固有頻率為61.368Hz，一階振型為中間架的左右搖擺運(yùn)動(dòng)，其中搖擺最大位置在中間架的中部。

4 計(jì)算機(jī)模擬改進(jìn)設(shè)計(jì)

從現(xiàn)有的中間架的結(jié)構(gòu)來(lái)看，一階模態(tài)振型是中間架中部的左右振動(dòng)量較大，應(yīng)增加中間架中部的約束，以減小中間架的振幅。本文通過(guò)模擬計(jì)算，發(fā)現(xiàn)增加中間架的厚度，可以不改變其他結(jié)構(gòu)的定位尺寸，并且加工成本最低。為驗(yàn)證此想法是否可行，用有限元方法進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖4和表1。

圖4 改進(jìn)后中間架前四階模態(tài)振型圖

表1 改進(jìn)前后中間架前四階固有頻率表

從表1結(jié)果可知，經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)以后，中間架的一階固有頻率提高了，改進(jìn)前為61.368Hz，改進(jìn)后為67.05Hz，提高了9.3%，一階共振不容易發(fā)生，保護(hù)了中間架上的零部件，為解決生產(chǎn)中振動(dòng)較大的問(wèn)題提供了有效的方法。

5 結(jié)論

（1）利用有限元軟件對(duì)中間架進(jìn)行模態(tài)分析，在計(jì)算機(jī)內(nèi)存允許的情況下，采用高密度的網(wǎng)格單元，并施加適當(dāng)?shù)募s束，使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相吻合。

（2）通過(guò)虛擬模擬的方法，對(duì)中間架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，找到了提高共振頻率的方法，為實(shí)際生產(chǎn)中減小振幅過(guò)大的問(wèn)題提供了解決方案。

[1]曹妍妍,趙登峰．有限元模態(tài)分析理論及其應(yīng)用[J]．機(jī)械工程與自動(dòng)化,2007(2):73-74．

[2]梁君,趙登峰．模態(tài)分析方法綜述[J]．現(xiàn)代制造工程,2006(8):138-141．

[3]袁安富,陳俊．ANSYS 在模態(tài)分析中的應(yīng)用[J]．設(shè)計(jì)與研究,2007(8):80-82．

Modal Analysis of Tobacco Conveyer’s Middle Shelf

Guo Bicheng
（Qinhuangdao Honhe Machinery Co.，Ltd.，Hebei，066000）

FEA simulation method is applied to Middle shelf of ZGC.4 Tobacco conveyer. The model frequency and model tape are given which constraints with real work conditions are applied to Middle shelf and choosing more precise element and high density of meshing. Making use of the verifi ed FEA model，the simulation constructer design was done in the computer to fi nd methods that can increase the resonance frequency. With the compared of many plans，to increase the thickness of beam steel can increase resonance frequency of beam without other element modifi ed and avoid resonating in Middle shelf of ZGC.4 Tobacco conveyer.

Middle shelf；bending vibration；modal analysis