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直线振动筛有限元计算模型

      作为研究对象的直线振动筛结构,主要包括两块侧板2及焊接于两侧板之间的十几根横梁,其中有筛网绷紧梁1、激振器固定横梁3、抬条梁4和激振装置。侧板外侧焊有弹簧支承架,通过它把整个结构座放在由支承弹簧所组成的弹性系统上。激振横梁中部固定有偏心块激振装置,通过内部的反向传动齿轮带动其上4个偏心块,反向同步转动,从而驱动整个振动筛结构作直线强迫振动。
      虽然组成振动筛的结构件较多,但总的来说它属于比较规整的空间板梁组合体,侧板、横梁及加强筋板均采用焊接的方式联接在一起。由于本文目的是进行计算模态分析,因而在力学模型简化和网格划分时,可以不象强度分析那样用很多节点和划分非常精细的网格,这样可以在保证结果精度和满足工程要求的前提下,大大缩短计算时间。简化计算模型时,认为整个直线振动筛结构与地面基座通过支承弹簧联结,略去弹簧支承座和传动皮带的影响;抬条梁和结构中的部分筋板采用梁单元来替代;筛网绷紧梁和激振器固定横梁用管单元替代;结构的4组支承弹簧也采用梁单元来近似替代。
      首先算出支承弹簧组的刚度,然后按照梁单元的轴向和径向刚度与原来的弹簧刚度对应相等的原则,计算出该单元的几何尺寸和截面尺寸。两侧板及结构中的部分加强筋板采用板单元来代替,并按规定约束住绕板法向方向转动的自由度。对于不与梁连接的板单元,在节点处取5个自由度,在与梁连接的板单元节点处取6个自由度。对激振装置的处理是,从结构中去掉激振装置,将其质量作为附加质量来考虑。这里附加质量所作用的节点并不是在激振横梁中部,而是作用在连接激振装置质心与激振横梁中心的一根刚性梁上。简化后的直线振动筛结构网格如图2所示,其中有节点284个,板单元170个,梁单元79个,整个力学模型共有1000多个自由度。
      验证计算的直线振动筛结构固有频率值是否正确,采用扫描激振和冲击激振方法测试了振动筛结构的固有频率,具体测试过程详见文献。根据各测量点与激振点信号分析,得到了实测振动筛的固有频率值,通过信号分析,发现该型振动筛的模态在低频段的分布同样比较密集。对比表中所列的计算和实测固有频率值,可以看出,两种结果符合良好。
      将直线振动筛的固有频率值与激振频率及激振装置内部齿轮的啮合频率相对照,可以认定,该型直线筛结构的固有频率与激振器的工作频率相隔较远,实际工作中结构不会发生共振。振动筛力学模型的建立和特征值、特征向量的计算,为今后进一步分析和研究振动筛在钻井泥浆和激振器作用下,结构中各个部件的应力响应打下了基础。另外,由于实测振动筛的模态非常不便,因而计算出的结构振型图也为今后振动筛结构的动态修改提供了依据。

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