基于有限元分析軟件ANSYS，對(duì)一種用于糧食清理和分級(jí)并采用振動(dòng)電機(jī)激振的直線振動(dòng)篩進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。通過進(jìn)行模態(tài)分析，獲得了振動(dòng)篩篩體的前十五階固有頻率和對(duì)應(yīng)的振型；通過諧響應(yīng)分析，求出了其工作狀態(tài)下的動(dòng)應(yīng)力分布。該分析對(duì)于研究此類振動(dòng)篩的動(dòng)態(tài)特性提供了一種新的方式，有利于其整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的現(xiàn)代化。
用于糧食清理和分級(jí)的振動(dòng)篩是糧食篩分機(jī)械當(dāng)中的重要一類。隨著糧食產(chǎn)量的不斷增加以及糧食加工的日趨規(guī)模化和集約化，糧食振動(dòng)篩正朝著大型化﹑高效率﹑高壽命的方向發(fā)展。根據(jù)其工作原理，振動(dòng)篩篩體在強(qiáng)大的激振力交變載荷作用下很容易發(fā)生疲勞損壞，而現(xiàn)有的糧食振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)大多是建立經(jīng)驗(yàn)和簡(jiǎn)單的強(qiáng)度計(jì)算上的，因而引入先進(jìn)的分析和設(shè)計(jì)方法勢(shì)在必行。本文以一種典型的采用振動(dòng)電機(jī)激振的TQLZ型直線振動(dòng)篩為例，建立了其篩體振動(dòng)體系的簡(jiǎn)化三維立體模型，然后利用大型有限元分析軟件AN-SYS，對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析。從而在制造之前，對(duì)振動(dòng)篩設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性提供了有價(jià)值的參考，進(jìn)而可進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。
1振動(dòng)篩有限元模型的建立
1．1振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)
用于糧食清理和分級(jí)的TQLZ型振動(dòng)篩主要由篩體、進(jìn)出料裝置、傳動(dòng)及支承裝置、機(jī)架等部分組成。其十分明顯的特點(diǎn)是：篩體支承在4個(gè)橡膠彈簧上，利用振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)篩體運(yùn)動(dòng)。本文主要針對(duì)振動(dòng)篩中由篩體、振動(dòng)電機(jī)和橡膠彈簧組成的振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性分析，其力學(xué)模型如圖1所示。此類型振動(dòng)篩篩體主要由殼體、側(cè)板、底板、彈簧支架等組成。兩臺(tái)振動(dòng)電機(jī)安裝在篩體的兩側(cè)壁上，工作時(shí)產(chǎn)生某個(gè)方向的激振力，驅(qū)動(dòng)篩體作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。橡膠彈簧用來支承和減振，可有效的防止共振，減少對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生的沖擊。
1．2模型的建立與簡(jiǎn)化
對(duì)于比較復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，模型的建立要與實(shí)際的系統(tǒng)完全等效是很困難的。因此，在利用ANSYS軟件進(jìn)行分析的過程中，一般根據(jù)分析目的的不同，對(duì)建立的模型進(jìn)行一定程度的簡(jiǎn)化。針對(duì)所討論的振動(dòng)篩的特點(diǎn)，篩體的各個(gè)部分均采用了shell93單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，用不同的殼單元實(shí)常數(shù)定義各部位厚度；彈簧的剛度分解成縱向剛度和橫向剛度，分別用com-bin14單元進(jìn)行模擬；振動(dòng)電機(jī)用mass21單元來處理，建立剛化區(qū)域，將代表振動(dòng)電機(jī)的質(zhì)量點(diǎn)剛化于振動(dòng)電機(jī)安裝底板上，激振力施加于質(zhì)量點(diǎn)上。不考慮裝于篩體內(nèi)部的兩層篩面和篩體上表面兩個(gè)觀察窗口上的透明面板，略去所有的鉚釘孔和鉚釘以及固定用的螺栓，忽略所有圓角。
2振動(dòng)篩的模態(tài)分析
在進(jìn)行振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮振動(dòng)現(xiàn)象。由于振動(dòng)會(huì)造成結(jié)構(gòu)的共振或疲勞，從而破壞結(jié)構(gòu)，因此了解結(jié)構(gòu)本身具有的剛度特性即結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，就可避免在使用中因共振因素造成的不必要的損失。模態(tài)分析主要用于確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，比如固有頻率和對(duì)應(yīng)的各階振型，它們是結(jié)構(gòu)承受動(dòng)載荷的重要參數(shù)，也是其他各類動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)，因此對(duì)振動(dòng)篩進(jìn)行模態(tài)分析是很有必要的。利用ANSYS軟件對(duì)振動(dòng)篩篩體的有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，得出了振動(dòng)篩篩體的前15階固有頻率見表1。
表1振動(dòng)篩篩體的模態(tài)頻率計(jì)算結(jié)果
模態(tài)階數(shù)固有頻率（Hz） 模態(tài)階數(shù)固有頻率（Hz）
1 0．92493E－03 9 38．337
2 3．8705 10 43．693
3 4．204 11 147．025
4 6．8770 12 58．843
5 9．2973 13 63．079
6 10．175 14 64．079
7 31．1 15 1571．987
8 31．373
該振動(dòng)篩的激振頻率為15．5Hz，介于第6階和第7階固有頻率之間。與第6階和第7階固有頻率對(duì)應(yīng)的振型如圖2所示。由此可知，在振動(dòng)篩正常工作時(shí)，因?yàn)槠涔ぷ黝l率均遠(yuǎn)離***近的第6階和第7階固有頻率，故避免了產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
3振動(dòng)篩的諧響應(yīng)分析
諧響應(yīng)分析的目的是研究振動(dòng)篩在簡(jiǎn)諧激振力的作用下，篩體的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。從而找出其工作狀態(tài)下的應(yīng)力分布規(guī)律，觀察應(yīng)力水平較高的區(qū)域。利用AN-SYS軟件對(duì)振動(dòng)篩篩體有限元模型進(jìn)行諧響應(yīng)分析，得到了振動(dòng)篩篩體在激振頻率下的應(yīng)力分布如圖3所示。圖3中顯示出篩體的底部、彈簧支架、振動(dòng)電機(jī)安裝底板這幾個(gè)部位的應(yīng)力水平較高，***高的地方可達(dá)107Pa以上，與實(shí)際情況比較吻合。故該分析結(jié)果對(duì)振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步改進(jìn)和完善提供了具有價(jià)值的參考。
4小結(jié)
運(yùn)用有限元軟件對(duì)振動(dòng)篩進(jìn)行力學(xué)分析的研究很多，但基本上都是針對(duì)礦山或者冶金使用的振動(dòng)篩。本文則針對(duì)糧食篩分和清理用的振動(dòng)篩進(jìn)行研究，以一種典型的采用振動(dòng)電機(jī)激振的直線振動(dòng)篩為例，利用ANSYS軟件，建立了篩體振動(dòng)系統(tǒng)的有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。通過進(jìn)行模態(tài)分析，獲得了振動(dòng)篩篩體的前15階固有頻率和對(duì)應(yīng)的振型；通過諧響應(yīng)分析，求出了其工作狀態(tài)下的動(dòng)應(yīng)力分布。從而為糧食篩分機(jī)械的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)和研究進(jìn)行了有益的探索，為進(jìn)一步研究提供了參考。