振動篩振動電機安裝軸的斷裂分析探討

盧鵬飛??

摘要：大型振動篩在使用過程中主要是對物料進行分選，在運行中振動電機安裝軸容易出現斷裂的問題，本文依據振動電機布置在篩體下的結構形式，分析振動電機安裝軸的受力情況，并開展疲勞強度計算，結果顯示疲勞強度需要是無法得到滿足的，因此需要采取有效措施對振動篩的局部結構進行優化設計與改進。

關鍵詞：振動篩；振動電機；安裝軸；斷裂

振動電機驅動的振動篩有很多種形式，并且在采礦、機械、化工、食品、糧食等部門有著廣泛的應用，振動篩主要是對物料進行去雜、清理、分級等。如今社會經濟快速發展，食品行業也呈現出較大的規模，大中型的振動篩也開始設計開發。

一、振動篩結構分析

下圖是一種大型的TQLZ180/400型振動篩，主要用于物料的分選，該振動篩的寬度為1.8米，長度為4米，篩的重量超過1000kg[1]。兩臺振動電機安裝在振動篩下部的圓形實心軸上，軸兩側的法蘭是通過螺栓與篩體兩側中部耳板相連接。雖然安裝軸的軸徑有8.9cm，但是在使用過程中還是容易出現斷裂的情況。

這種振動篩有雙振動電機驅動，是一種單向激振力雙軸慣性激振器振動，篩體和振動電機安裝軸在工作過程中會承受很多形式的動載荷，進而出現動應力。在時間不斷變化下，這些應力也會呈現出周期性的變化。在交變應力的影響下，盡管篩體、振動電機安裝軸的最大應力比材料靜強度指標低，也無法避免出現疲勞損壞。所以在設計過程中，不能簡單地通過靜力學方法計算強度，需要明確篩體以及振動電機安裝軸的受載情況，然后對彎曲、扭轉等組合交變應力下的構件疲勞強度進行計算。

振動篩的結構圖

二、振動篩振動電機安裝軸的受力情況

為分析本次研究中振動篩振動電機安裝軸的受力情況，進行假設說明，具體如下。假設1：對振動電機安裝軸自身重量的影響忽略不計。假設2：安裝軸的一邊是鉸鏈支座，另一邊是活動鉸鏈支座的梁，如果篩體和兩側耳板是剛性框架，安裝軸兩側法蘭通過螺栓與耳板相連接，正常情況下，安裝軸的兩側是固定支座。但是在振動篩工作過程中，由于慣性力的作用，篩體在橫向上會出現彎曲變形的情況，兩個耳板也會出現角變形，所以作出該假設。假設3：無法忽略振動電機的重量。本次研究的TQLZ180/400型振動篩使用的振動電機，單臺的質量是135kg，重心線與安裝軸線偏距為21.5cm[2]，如果安裝軸出現彈性振動，兩振動電機的質量造成的脈動動載荷會使安裝軸出現扭轉振動的情況。假設4：不考慮篩面上物料等因素的影響，本次研究中，振動篩視為線性振動。

依據三個坐標平面分析振動電機安裝軸的受力情況，發現三個平面內安裝軸會受到力的作用。電機產生的兩個激振力集中在安裝軸上，也會隨時間變化。振動電機會通過力矩的形式將兩個軸向的激振力提供給安裝軸，力矩大小會出現周期性的變化。

三、振動篩振動電機安裝軸的疲勞強度計算

對振動篩振動電機安裝軸的受力情況進行分析之后，就需要對其疲勞強度進行計算，通過前面的分析能夠知道，在外載荷以及彎矩影響下，安裝軸中就會出現彎矩，振動電機自重的影響下，安裝軸會出現扭矩。所以需要對兩種組合變形進行研究討論，其一是彎矩扭轉組合變形；其二是拉壓彎曲與扭轉組合變形。

結合疲勞強度條件，在移項變換下獲得安裝軸疲勞強度公式：

n'ot = n'o nt （n'o ）2 + n2t ≤n

結合設計手冊，選擇安裝軸在受到交變應力影響下的工作安全系數以及許用安全系數。對材料手冊進行分析，明確安裝軸對應材料的力學性能，比如剪切許用應力值等，結合安裝軸尺寸大小，對安裝軸的重量進行計算，依據對受力分析獲得的力、力矩大小等，利用公式進行計算。然后在對交變應力大小進行計算分析，依據機械手冊獲得計算公式，并將相關數據代入公式進行計算。最后將獲得的數據代入到疲勞強度公式中進行計算，明確安裝軸疲勞強度無法達到的條件。

四、振動篩振動電機安裝軸斷裂處理策略

（一）增加篩體橫向抗彎曲剛度

增加篩體橫向抗彎曲剛度結構如上圖所示，篩體上部、下部增加橫向槽型鋼件，在篩體底部設置篩體兩側的耳板，每塊耳板通過4條加強筋板與篩體牢固連接。

（二）強化安裝軸的疲勞強度

要使振動篩振動電機安裝軸的抗疲勞強度得到提升，需要將寬度1.8米改為2米，同時對安裝軸的材質進行改善，將棒料改為厚壁鋼管，通過調質熱處理，安裝軸的表面使用滾壓強化加工。要使振動電機激振力以及交變應力矩對安裝軸受載的影響降低，可以將兩臺電機安裝在一起，使其在相同特質的安裝板上。除此之外，在保證振動篩工藝效果得到滿足的情況下，要科學的選擇震蕩電機，并對激振力以及振動頻率等參數進行科學的確定。

五、結語

對大中型振動篩電機的布置情況進行分析，對電機安裝軸進行受力分析，并做好強度計算，明確安裝軸出現斷裂的原因，通過強度計算可以知道，大型振動篩與強度需要不相滿足，需要在設計振動篩時科學的改進，更好的使振動篩振動電機安裝軸斷裂的情況得到改善和優化。

參考文獻：

[1]徐潘，譙國軍，李道芬，李克強，張健，張志東.短雙電機自同步橢圓振動篩設計[J].鉆采工藝，2011，34（03）：7476+117.

[2]韓曉娟，蒲順川.雙振動電機同步振動篩基本參數設計與調整[J].機械設計與制造，2011，（09）：221223.