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  隨著國民經濟的快速發(fā)展，生產中需要被運輸?shù)脑牧现饾u增多，傳輸機械向高速度、高效率、高剛度、大跨度的方向發(fā)展。水平螺旋輸送機作為一種連續(xù)輸送物料的傳輸機械，被廣泛應用于糧食、化工、機械制造、建筑、交通運輸?shù)刃袠I(yè)。其中，在長距離的輸送中，對水平螺旋輸送機的整體剛度要求越來越高，而槽體作為水平螺旋輸送機的主要構件之一，承擔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)分析的準確性是槽體動力學分析的基礎。 
  模態(tài)分析用于振動測量和結構動力學分析，獲得系統(tǒng)的固有頻率、振型等模態(tài)信息，對指導工程設計大有益處，該技術廣泛應用于農業(yè)機械裝備的研制與優(yōu)化。通過優(yōu)化關鍵部件的模態(tài)屬性，或調整系統(tǒng)的激勵頻率，可避免機具發(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，研究成果主要集中在產品結構選型、參數(shù)優(yōu)化、故障診斷等方面，對結構性能的優(yōu)化研究較少。筆者從結構方面，借助計算機輔助工具，運用ANSYS有限元軟件對水平螺旋輸送機的主要構件槽體進行模態(tài)分析，確定其固有頻率，并提出改進方向，為水平螺旋輸送機的進一步結構優(yōu)化提供一定的參考依據(jù)。 
  1水平螺旋輸送機槽體結構 
  無軸螺旋輸送機是一種常用的不具有撓性牽引構件的連續(xù)輸送機械，它利用工作構件即螺旋的旋轉運動，使物料向前運送，在現(xiàn)代化糧食輸送中發(fā)揮著重要作用。螺旋輸送機可沿水平、垂直或傾斜方向輸送物料，主要分為水平螺旋輸送機、垂直螺旋輸送機和傾斜螺旋輸送機。前兩種機型是最常用的。 
  水平螺旋輸送機的外殼槽體作為水平不銹鋼螺旋輸送機的主要構件，承擔著支撐螺旋體輸送物料和安裝固定的作用。為適應現(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)分析的準確性是薄壁型槽體進一步動力學分析的基礎。筆者以水平螺旋輸送機為例，運用ANSYS的模態(tài)分析方法，比較幾種槽體結構的優(yōu)劣，選出一種較合理的結構型式，在保證滿足性能要求的情況下，實現(xiàn)易加工、低成本的目標。計算機技術的迅猛發(fā)展為三維建模提供了有利條件，筆者用Solidworks2015軟件對4種槽體結構進行三維建模，4種槽體結構取相同坐標系、相同鈑金參數(shù)、相同結構成型尺寸、相同材料屬性，僅結構型式生產工藝不同。 
  其中，圖1-a中的結構一只是一個簡單的U型槽，作為對比項；圖1-b中的結構二采用邊線法蘭的型式作為加強筋，但底板兩端沒有邊線法蘭加強，法蘭成形寬度30mm；圖1-c中的結構三將U型槽六邊均作法蘭加強，法蘭成形寬度30mm；圖1-d中的結構四根據(jù)實際生產情況，將L型角鋼焊接在U型槽體上，角鋼尺寸為30mm×30mm。以上4種結構板材厚度均為3mm。 
  2槽體有限元模態(tài)分析 
  2.1模態(tài)分析理論 
  模態(tài)分析的首要任務是計算出系統(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)質量或模態(tài)剛度以及模態(tài)阻尼等。 
  根據(jù)糧食機械設計手冊計算得到槽體的主要幾何參數(shù)。 
  在槽體的振動計算中，槽體的固有頻率和模態(tài)振型是其固有特性，只與結構的剛度和質量的分布有關。分析槽體固有頻率和模態(tài)振型之間的關系有助于對連桿的結構進行改進。 
  2.2有限元實體模型的建立及網格劃分 
  采用Solidworks2015軟件對水平螺旋輸送機的槽體進行三維實體建模，分別將4組實體模型成功導入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，為保證計算精度、節(jié)省計算時間，采用軟件默認的網格劃分方法，進行高質量網格劃分，保證網格平滑過渡，劃分產生的實體單元數(shù)和涉及的網格節(jié)點數(shù)見表2。 
  2.3模態(tài)計算與分析 
  槽體網格劃分完畢后，應用ANSYS-Workbench軟件對槽體進行模態(tài)分析，因為長距離輸送的水平螺旋輸送機槽體一般采用多個槽體連接的形式，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)的條件進行分析，不加約束面。求解了系統(tǒng)前12階固有頻率，因為每個零件有6個自由度，前六階數(shù)值會為0或者非常接近于0，此時零件做剛體位移，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)振型云圖對應的是該階的振幅和頻率云圖。 
  3結果對比分析 
  對水平絞龍螺旋輸送機4種不同結構的槽體進行模態(tài)分析，得到以下結論。 
  1)不同結構的槽體均存在模態(tài)參數(shù)為0或者量級非常小接近于0時，為剛體模態(tài)，此時零件進行剛體運動，是描述模態(tài)信息的一部分，但不是產生振動和噪聲的根源，不作為研究內容。 
  2)結構三的剛度略低于結構四，加工方便、不用焊接，但考慮板材尺寸，其生產尺寸具有局限性，只適用于小型螺旋輸送機，不適用于大容量、大功率的水平螺旋輸送機；而結構四采用焊接工藝對槽體進行加強筋的設計，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)結構四節(jié)點變形量最小、剛度最好，在四階到六階時，槽體側壁發(fā)生扭轉、凹陷，可以采用滾筋工藝，以提高槽體側壁的剛度，這為槽體的進一步優(yōu)化提供了參考依據(jù)。 
  4結束語 
  通過對4種相同尺寸的槽體結構進行模態(tài)分析，得出第四種結構槽體變形量最小、剛度最好、生產加工方便、可靠性較其他3種高，綜合優(yōu)勢明顯。通過對比不同結構的槽體模態(tài)分析結果，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)化設計提供參考，為進一步改進提出建議。在設計初級階段，就能選出比較優(yōu)化的結構，避免實際生產時產生不必要的錯誤，提前發(fā)現(xiàn)問題，及時消除隱患，避免材料浪費，降低了成本，縮短了設計生產周期，節(jié)省了人力物力，在動態(tài)設計中，此過程是非常重要的設計手段。 
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