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【摘 要】介绍了ZX13061型香蕉筛的技术特征、工作原理。利用有限元软件ANSYS对振动香蕉筛进行实体建模，采用有限元软件计算出了筛体结构的固有频率、固有振型和应力分布，为振动筛的大型化设计提供了理论指导。
【关键词】振动筛;有限元分析;强度;优化设计
0.引言
振动香蕉筛是目前广泛应用于各大选煤厂的重要筛分设备，以其处理能力大、筛分效率高和可靠性高等优点，越来越受到市场的欢迎。香蕉筛在相同条件下，与其他类型的筛机相比，单位面积可增加处理能力40%～60% ，筛分效率可达到90%以上。笔者以ZX13061振动香蕉筛为例，利用有限元分析软件，对香蕉振动筛运动情况作了计算和分析，求出固有频率，找出其动态特性的规律，使其固有频率远离工作频率上下10%以上，有效地提高了振动筛性能。
1.ZX13061振动香蕉筛结构特点及运动原理
图1为振动香蕉筛的结构图，其结构主要由筛箱、激振器和弹簧等部件组成。筛箱是由驱动梁、侧板、支撑梁和加强梁等零部件组成的板梁结合的铆固结构。整个筛箱由12根弹簧支撑在底座上。一台振动筛上有安装有两个激振器，安装与水平成45度，四个偏心块成双的布置在激振器的外部，箱体内有一啮合的齿轮，其作用是使在各瞬时位置上，两组偏心块相对转动，产生的离心力在振动方向的分力总是互相叠加，而在其法向离心力的分力总是互相抵消，从而产生单方向的激振力，使振动筛作往复直线振动。在激振力的作用下，物料在筛面上作连续斜上抛运动，物料在抛起时被松散，在与筛面相遇撞击时，小于筛孔粒级通过筛孔，从而实现物料的分级、脱水、脱泥、脱介。
ZX13061型香蕉筛技术特征如下：
入料粒度/mm 0～300
筛面面积/m2 18.3
工作振幅/mm 9
工作频率/Hz 15
生产能力/t·h 550
电机型号Y225S-437Kw
整机质量/kg 13000
图1 振动香蕉筛结构图
2.ZX13061振动香蕉筛的有限元模型
2.1单元划分
ANSYS软件可以根据结构的形状进行智能划分，构件的连接处或者结构有突变的位置处会自动将网格细化，而在构件上不易产生应力集中的位置，其网格可以比较稀疏，这样可以得到更加准确的结果，减少不必要的单元网格，提高验算效率。根据以上原则，建模时，将驱动梁、支撑梁、加强梁、弹簧支架与侧板的联接看做为刚性连接，即把振动筛筛箱处理为一个整体。同时将每一根弹簧均简化成一个弹性单元。由于激振器的刚度比筛箱的刚度大得多，所以将激振器简化为一个质量单元。
由于筛箱部分主要以板材为主，因此在单元划分时，主要采用了ANSYS中的板壳单元SHELL99、横粱单元BEAMl89、弹簧单元COMBINEl4和质量单元MASS21。在该模型中，共有2368个节点，其中有1822个SHELL99单元、796个BEAMl89单元、12个COMBINE单元和2个MASS21单元。建立有限元模型如图2所示。
图2 ZX13061型振动香蕉筛有限元模型
2.2约束处理
弹簧与地基的交点将6个自由度全部约束，其余单元的节点自由度不作约束。
2.3载荷处理
激振器产生的激振力通过驱动梁传递给侧板，由于侧板与驱动梁之间通过高强度螺栓连接，可视为一个整体，所以只要将激振力均匀分布在驱动梁上，可以认为激振力均匀分布在整个筛箱上。故在分析时应考虑的载荷为：激振器产生的激振力、激振器的重力、弹簧刚度和筛箱自重。
利用有限元软件对ZX13061香蕉筛进行模态分析，可以通过扩展振型获得各阶固有频率下的振型图，图3～图4。
图3～4 各阶振型图
根据以上的振型图，ZX13061型香蕉筛的第8阶（下转第289页）（上接第286页）固有频率为13.1607Hz，第9阶固有频率为17.9848Hz，而工作频率为15Hz，分别相差了远离12.26%和19.86%，满足了设计要求。这说明香蕉筛在其工作状态下的动态性能稳定，可靠性强。
3.结论
本文利用有限元的方法对香蕉振动筛进行了动力学的仿真分析，首先根据一定的简化原则对振动筛进行了简化，确定了单元的选择，约束条件和激振器的模拟等相关问题，最后在ANSYS中建立该振动筛筛框的有限元模型。这证明利用相似物理模型代替原型进行实验研究，是一种简便的、成本低廉的、快捷的研究手段，研究的结果比较准确。 [科]
【参考文献】
［1］唐敬麟主编.破碎与筛分机械设计选用手册.北京：化学工业出版社，2001.5.
［2］温邦椿，刘凤翘，刘杰编.振动筛 振动给料机振动输送机的设计与调试.北京：化学工业出版社，1989.
［3］和世超，赵尚民.振动筛筛框模态分析及动态响应.焦作工学院学报(自然科學版)，2001，20(5).
【关键词】振动筛;有限元分析;强度;优化设计
0.引言
振动香蕉筛是目前广泛应用于各大选煤厂的重要筛分设备，以其处理能力大、筛分效率高和可靠性高等优点，越来越受到市场的欢迎。香蕉筛在相同条件下，与其他类型的筛机相比，单位面积可增加处理能力40%～60% ，筛分效率可达到90%以上。笔者以ZX13061振动香蕉筛为例，利用有限元分析软件，对香蕉振动筛运动情况作了计算和分析，求出固有频率，找出其动态特性的规律，使其固有频率远离工作频率上下10%以上，有效地提高了振动筛性能。
1.ZX13061振动香蕉筛结构特点及运动原理
图1为振动香蕉筛的结构图，其结构主要由筛箱、激振器和弹簧等部件组成。筛箱是由驱动梁、侧板、支撑梁和加强梁等零部件组成的板梁结合的铆固结构。整个筛箱由12根弹簧支撑在底座上。一台振动筛上有安装有两个激振器，安装与水平成45度，四个偏心块成双的布置在激振器的外部，箱体内有一啮合的齿轮，其作用是使在各瞬时位置上，两组偏心块相对转动，产生的离心力在振动方向的分力总是互相叠加，而在其法向离心力的分力总是互相抵消，从而产生单方向的激振力，使振动筛作往复直线振动。在激振力的作用下，物料在筛面上作连续斜上抛运动，物料在抛起时被松散，在与筛面相遇撞击时，小于筛孔粒级通过筛孔，从而实现物料的分级、脱水、脱泥、脱介。
ZX13061型香蕉筛技术特征如下：
入料粒度/mm 0～300
筛面面积/m2 18.3
工作振幅/mm 9
工作频率/Hz 15
生产能力/t·h 550
电机型号Y225S-437Kw
整机质量/kg 13000
图1 振动香蕉筛结构图
2.ZX13061振动香蕉筛的有限元模型
2.1单元划分
ANSYS软件可以根据结构的形状进行智能划分，构件的连接处或者结构有突变的位置处会自动将网格细化，而在构件上不易产生应力集中的位置，其网格可以比较稀疏，这样可以得到更加准确的结果，减少不必要的单元网格，提高验算效率。根据以上原则，建模时，将驱动梁、支撑梁、加强梁、弹簧支架与侧板的联接看做为刚性连接，即把振动筛筛箱处理为一个整体。同时将每一根弹簧均简化成一个弹性单元。由于激振器的刚度比筛箱的刚度大得多，所以将激振器简化为一个质量单元。
由于筛箱部分主要以板材为主，因此在单元划分时，主要采用了ANSYS中的板壳单元SHELL99、横粱单元BEAMl89、弹簧单元COMBINEl4和质量单元MASS21。在该模型中，共有2368个节点，其中有1822个SHELL99单元、796个BEAMl89单元、12个COMBINE单元和2个MASS21单元。建立有限元模型如图2所示。
图2 ZX13061型振动香蕉筛有限元模型
2.2约束处理
弹簧与地基的交点将6个自由度全部约束，其余单元的节点自由度不作约束。
2.3载荷处理
激振器产生的激振力通过驱动梁传递给侧板，由于侧板与驱动梁之间通过高强度螺栓连接，可视为一个整体，所以只要将激振力均匀分布在驱动梁上，可以认为激振力均匀分布在整个筛箱上。故在分析时应考虑的载荷为：激振器产生的激振力、激振器的重力、弹簧刚度和筛箱自重。
利用有限元软件对ZX13061香蕉筛进行模态分析，可以通过扩展振型获得各阶固有频率下的振型图，图3～图4。
图3～4 各阶振型图
根据以上的振型图，ZX13061型香蕉筛的第8阶（下转第289页）（上接第286页）固有频率为13.1607Hz，第9阶固有频率为17.9848Hz，而工作频率为15Hz，分别相差了远离12.26%和19.86%，满足了设计要求。这说明香蕉筛在其工作状态下的动态性能稳定，可靠性强。
3.结论
本文利用有限元的方法对香蕉振动筛进行了动力学的仿真分析，首先根据一定的简化原则对振动筛进行了简化，确定了单元的选择，约束条件和激振器的模拟等相关问题，最后在ANSYS中建立该振动筛筛框的有限元模型。这证明利用相似物理模型代替原型进行实验研究，是一种简便的、成本低廉的、快捷的研究手段，研究的结果比较准确。 [科]
【参考文献】
［1］唐敬麟主编.破碎与筛分机械设计选用手册.北京：化学工业出版社，2001.5.
［2］温邦椿，刘凤翘，刘杰编.振动筛 振动给料机振动输送机的设计与调试.北京：化学工业出版社，1989.
［3］和世超，赵尚民.振动筛筛框模态分析及动态响应.焦作工学院学报(自然科學版)，2001，20(5).