隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生產(chǎn)中需要被運(yùn)輸?shù)脑牧现饾u增多，傳輸機(jī)械向高速度、高效率、高剛度、大跨度的方向發(fā)展。水平螺旋輸送機(jī)作為一種連續(xù)輸送物料的傳輸機(jī)械，被廣泛應(yīng)用于糧食、化工、機(jī)械制造、建筑、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。其中，在長距離的輸送中，對水平螺旋輸送機(jī)的整體剛度要求越來越高，而槽體作為水平螺旋輸送機(jī)的主要構(gòu)件之一，承擔(dān)著輸送物料和安裝固定的作用，所以對槽體剛度的要求也需提高。影響槽體剛度的是其固有頻率，因此分析槽體的固有頻率，避免產(chǎn)生共振區(qū)域變得日益重要。而有限元建模和模態(tài)分析的準(zhǔn)確性是槽體動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)。 
　　模態(tài)分析用于振動(dòng)測量和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，獲得系統(tǒng)的固有頻率、振型等模態(tài)信息，對指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)大有益處，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的研制與優(yōu)化。通過優(yōu)化關(guān)鍵部件的模態(tài)屬性，或調(diào)整系統(tǒng)的激勵(lì)頻率，可避免機(jī)具發(fā)生共振，保證系統(tǒng)穩(wěn)定作業(yè)。而對于水平螺旋輸送機(jī)，研究成果主要集中在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)選型、參數(shù)優(yōu)化、故障診斷等方面，對結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化研究較少。筆者從結(jié)構(gòu)方面，借助計(jì)算機(jī)輔助工具，運(yùn)用ANSYS有限元軟件對水平螺旋輸送機(jī)的主要構(gòu)件槽體進(jìn)行模態(tài)分析，確定其固有頻率，并提出改進(jìn)方向，為水平螺旋輸送機(jī)的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供一定的參考依據(jù)。 
　　1水平螺旋輸送機(jī)槽體結(jié)構(gòu) 
　　 是一種常用的不具有撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送機(jī)械，它利用工作構(gòu)件即螺旋的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使物料向前運(yùn)送，在現(xiàn)代化糧食輸送中發(fā)揮著重要作用。螺旋輸送機(jī)可沿水平、垂直或傾斜方向輸送物料，主要分為水平螺旋輸送機(jī)、垂直螺旋輸送機(jī)和傾斜螺旋輸送機(jī)。前兩種機(jī)型是最常用的。 
　　水平螺旋輸送機(jī)的外殼槽體作為水平 的主要構(gòu)件，承擔(dān)著支撐螺旋體輸送物料和安裝固定的作用。為適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)向大容量、大體積方向發(fā)展的要求，其薄壁特征愈加突出。有限元建模及模態(tài)分析的準(zhǔn)確性是薄壁型槽體進(jìn)一步動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)。筆者以水平螺旋輸送機(jī)為例，運(yùn)用ANSYS的模態(tài)分析方法，比較幾種槽體結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，選出一種較合理的結(jié)構(gòu)型式，在保證滿足性能要求的情況下，實(shí)現(xiàn)易加工、低成本的目標(biāo)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展為三維建模提供了有利條件，筆者用Solidworks2015軟件對4種槽體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，4種槽體結(jié)構(gòu)取相同坐標(biāo)系、相同鈑金參數(shù)、相同結(jié)構(gòu)成型尺寸、相同材料屬性，僅結(jié)構(gòu)型式生產(chǎn)工藝不同。 
　　其中，圖1-a中的結(jié)構(gòu)一只是一個(gè)簡單的U型槽，作為對比項(xiàng)；圖1-b中的結(jié)構(gòu)二采用邊線法蘭的型式作為加強(qiáng)筋，但底板兩端沒有邊線法蘭加強(qiáng)，法蘭成形寬度30mm；圖1-c中的結(jié)構(gòu)三將U型槽六邊均作法蘭加強(qiáng)，法蘭成形寬度30mm；圖1-d中的結(jié)構(gòu)四根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，將L型角鋼焊接在U型槽體上，角鋼尺寸為30mm×30mm。以上4種結(jié)構(gòu)板材厚度均為3mm。 
　　2槽體有限元模態(tài)分析 
　　2.1模態(tài)分析理論 
　　模態(tài)分析的首要任務(wù)是計(jì)算出系統(tǒng)各階的模態(tài)參數(shù)，例如系統(tǒng)的固有頻率和振型、模態(tài)質(zhì)量或模態(tài)剛度以及模態(tài)阻尼等。 
　　根據(jù)糧食機(jī)械設(shè)計(jì)手冊計(jì)算得到槽體的主要幾何參數(shù)。 
　　在槽體的振動(dòng)計(jì)算中，槽體的固有頻率和模態(tài)振型是其固有特性，只與結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量的分布有關(guān)。分析槽體固有頻率和模態(tài)振型之間的關(guān)系有助于對連桿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。 
　　2.2有限元實(shí)體模型的建立及網(wǎng)格劃分 
　　采用Solidworks2015軟件對水平螺旋輸送機(jī)的槽體進(jìn)行三維實(shí)體建模，分別將4組實(shí)體模型成功導(dǎo)入ANSYS-Workbench有限元分析軟件中，鑒于該槽體所使用的板材為常規(guī)Q235，系統(tǒng)材料屬性設(shè)置為：彈性模量E=2.06×1011GPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7800kg/m3，為保證計(jì)算精度、節(jié)省計(jì)算時(shí)間，采用軟件默認(rèn)的網(wǎng)格劃分方法，進(jìn)行高質(zhì)量網(wǎng)格劃分，保證網(wǎng)格平滑過渡，劃分產(chǎn)生的實(shí)體單元數(shù)和涉及的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)見表2。 
　　2.3模態(tài)計(jì)算與分析 
　　槽體網(wǎng)格劃分完畢后，應(yīng)用ANSYS-Workbench軟件對槽體進(jìn)行模態(tài)分析，因?yàn)殚L距離輸送的水平螺旋輸送機(jī)槽體一般采用多個(gè)槽體連接的形式，中間每段槽體與相鄰兩槽體采用螺栓方式連接，按照自由模態(tài)的條件進(jìn)行分析，不加約束面。求解了系統(tǒng)前12階固有頻率，因?yàn)槊總€(gè)零件有6個(gè)自由度，前六階數(shù)值會為0或者非常接近于0，此時(shí)零件做剛體位移，為剛體模態(tài)，不作為研究對象。取后六階模態(tài)作為研究對象。后六階固有頻率及模態(tài)振型見第74頁表3、表4。某一階模態(tài)振型云圖對應(yīng)的是該階的振幅和頻率云圖。 
　　3結(jié)果對比分析 
　　對水平 4種不同結(jié)構(gòu)的槽體進(jìn)行模態(tài)分析，得到以下結(jié)論。 
　　1)不同結(jié)構(gòu)的槽體均存在模態(tài)參數(shù)為0或者量級非常小接近于0時(shí)，為剛體模態(tài)，此時(shí)零件進(jìn)行剛體運(yùn)動(dòng)，是描述模態(tài)信息的一部分，但不是產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的根源，不作為研究內(nèi)容。 
　　2)結(jié)構(gòu)三的剛度略低于結(jié)構(gòu)四，加工方便、不用焊接，但考慮板材尺寸，其生產(chǎn)尺寸具有局限性，只適用于小型螺旋輸送機(jī)，不適用于大容量、大功率的水平螺旋輸送機(jī)；而結(jié)構(gòu)四采用焊接工藝對槽體進(jìn)行加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)，既能提高槽體的整體剛度，滿足輸送要求，又為安裝、組裝留下了空間。 
　　3)結(jié)構(gòu)四節(jié)點(diǎn)變形量最小、剛度最好，在四階到六階時(shí)，槽體側(cè)壁發(fā)生扭轉(zhuǎn)、凹陷，可以采用滾筋工藝，以提高槽體側(cè)壁的剛度，這為槽體的進(jìn)一步優(yōu)化提供了參考依據(jù)。 
　　4結(jié)束語 
　　通過對4種相同尺寸的槽體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，得出第四種結(jié)構(gòu)槽體變形量最小、剛度最好、生產(chǎn)加工方便、可靠性較其他3種高，綜合優(yōu)勢明顯。通過對比不同結(jié)構(gòu)的槽體模態(tài)分析結(jié)果，獲得了可能引起槽體共振的零件本身的固有頻率范圍，通過分析振幅和頻率云圖獲得了零件上發(fā)生最大變形的位置，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考，為進(jìn)一步改進(jìn)提出建議。在設(shè)計(jì)初級階段，就能選出比較優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，避免實(shí)際生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生不必要的錯(cuò)誤，提前發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)消除隱患，避免材料浪費(fèi)，降低了成本，縮短了設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，節(jié)省了人力物力，在動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中，此過程是非常重要的設(shè)計(jì)手段。 
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