大型香蕉筛动力学分析
第30卷第9期2009年9月
煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.30No.9
Sep. 2009
大型香蕉筛动力学分析
李玉凤1，李永志2，李
朋2，单佳滨
2
(1.河北理工大学研究生学院，河北唐山063000；2. 煤炭科学研究总院唐山研究院，河北唐山063012)
摘要：介绍了香蕉筛的工作原理。以SXJ3661香蕉筛为例，建立三维实体模型，利用有限元
软件对其进行了模态及动力学分析，为今后指导其他香蕉筛的大型化提供必要的理论指导。
关键词：香蕉筛；工作原理；动力学分析中图分类号：T H237
文献标志码：A
文章编号：1003－0794（2009）09－0090－02
Modal Characteristic Analysis of Vibrating Screen Based on FEM
LI Yu -feng 1，LI Yong -zhi 2，LI Peng 2，SHAN J ia -bin 2
(1.HebeiUniversity of Science and Technology, Tangshan 063000, China;
2.Tangshan Branch, Central Coal Mining Research Institute, Tangshan 063012, China)
Abstract ：The principle of work for banana screen was introduced. As an example to SXJ3661banana screen, the so1id models have been built by using 3D software and carried on dynamic analysis by us -ing finite element method, it can supply an important reference for
the design of banana screen. Key words ：banana screen ；work principle ；dynamic analysis 1
香蕉筛工作原理
香蕉形振动筛是在直线振动筛上注入香蕉形多段筛面的专有技术设计而成的。筛箱在同步异向旋转的双不平衡振动器带动下沿一定的角度做直线运动，其工作原理见图1。在入料端有一较大的斜坡筛面，随后紧接着以一定数目的角度逐级下降，到出粒口为止，入料端的斜坡筛面可使更多的物料通过筛面时有较高的筛分速度和较薄的物料分层。因为大块物料较快地穿过陡坡，这种较早地分层使细的颗粒更快地靠近筛面，能相对不受阻碍地通过缝隙，所以，香蕉形振动筛具有极高的筛分效率和高于传统分级筛1.5～2倍处理量的特点，是目前最先进、最受欢迎的筛分机械产品。
Y
X m 2
m 1
排料
入料
梁和弹簧组成，见图2。
图2SXJ3661香蕉筛三维实体模型
3．2三维模型的处理（1）网格划分
本次采用网格自由划分功能将整个模型共划
分21100个单元。每个单元节点有UX 、ROTX 、
F F 45°
UY 、ROTY 、UZ 、ROTZ 六个自由度。
（2）约束处理
只将弹簧与地面连接处做全部约束，即约束弹簧下端的6个自由度。
（3）载荷处理
图1香蕉筛工作原理示意图
SXJ3661香蕉筛受力简图见图3。
F
∑ma K A
K A
2有限元软件
目前，流行的有限元软件有很多。对于不同的
问题，有限元求解法的步骤基本是相同的，通常为前处理、处理和后处理3个阶段。前处理是建立有限元模型；处理完成单元网格划分；后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。
图3
SXJ3661香蕉筛受力简图
图中F 为激振力、c ωA 为阻尼力、∑ma 为分布惯性力、K A 为弹簧支反力。考虑到香蕉筛工作时处于远共振状态，且F 和∑ma 要比c ωA 大得多，因此，略去阻尼力不计。则分析时应考虑的载荷有：筛箱的重力；激振器的重力；激振力；弹簧支反力。
3SXJ3661型香蕉筛模态分析3.1有限元模型的建立
整个有限元模型由侧板、驱动梁、加强梁、支撑
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3.3模态分析及结果
第30卷第9期大型香蕉筛动力学分析———李玉凤，等Vol. 30No.9
（1）固有特性分析
模态分析将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，每列为模态振型。
固有频率ωn 源于产品的结构特征，由质量、质量分布、质心位置、刚度等多个因素和多个因素间的相互作用所确定。固有频率
ωn =姨式中
（1）
——振动体的刚度；k —
——振动体的质量。m —
从式（1）可以看出，系统的固有频率随系统质量
率为6.8Hz, 第5阶固有频率为18.6Hz, 而其工作频率为14.8Hz ，远离其固有频率，这说明SXJ3661香蕉筛的动态性能稳定，可靠性强。4应力分析及结果
香蕉筛运转时，所受激振力由4块转动的偏心轮提供，即
（2）p (t )=mr ω12sin （ω1t ）
式中m ———偏心质量；
——偏心距；r —
——转动角速度。ω1—
对模型施加激振力后进行力学分析可知最大应力σmax =20M P a 。
材料的力学性能见表2。
表2
材料锅炉板20g
的增加而单调减少，随系统刚度的增加而单调增加。
（2）模态分析结果
SXJ3661香蕉筛的模态分析结果如表1所示。
表1
阶数
材料的力学性能
强度极限σb /MPa
屈服极限σs/MPa
245235
450375
SXJ3661香蕉筛6阶固有频率
固有频率
固有振型特征
Q235-A
1234562.52.74.96.818.620.6Z 轴平动X 轴平动Y 轴平动Y 轴平动Z 轴平动X 轴平动
持久极限σ－1＝0.28σb ＝105MPa ；可靠度为99％时，可靠性系数k R =0.814，安全系数n ＝2.1，工作安全系数
·σ＝4.27＞n ，所以满足疲劳强度条件。n ＝k σ
max
5
模态振型是一个相对量，通常是一个列向量，
二维以上的系统其模态振型不是一个数。一个数对应单模态，其数值无意义。某模态频率下的模态振型反映在该模态频率下各自由度的相对位移的比值。如果系统的初始位移恰好等于模态频率下的模态振型（或与之成比例），则此时系统的自由响应中只会出现该模态频率。具体振型图略。
从振型图中可以看出，筛体主要为筛框弯曲变形和刚体运动2种固有振型。当香蕉筛做刚体运动时，发生变形的只有支撑处的弹簧，因而香蕉筛刚体运动时的固有频率取决于支撑弹簧的刚度和筛体的质量。
从表1可知SXJ3661香蕉筛的第4阶固有频
结语
通过对SXJ3661香蕉筛的动态特性分析知，提高了设计的可靠性、减少开发时间，并为指导其他筛机的大型化提供必要的理论指导。
参考文献：
［1］闻邦椿, 刘风翘. 振动机械的理论及应用[M］. 北京:机械工业出
版社, 1982.
［2］曹树谦, 张文德, 萧龙翔. 振动结构模态分析、理论、试验及应用
［M ］. 天津:天津大学出版社, 2001.
［3］王应良, 审爱国, 赵伟封. 工程结构数值分析及Algor 试验［M ］. 北京:中国
电力出版社,2003.
［4］李永志. SXJ4261型香蕉筛的动态特性分析［J ］. 选煤技术, 2007
（4）.
作者简介：李玉凤（1972-），女，河北昌黎人，现工作于河北理工大学研究生学院，主要从事矿产综合利用与环保方面的研究工作.
收稿日期：2009－03－25
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本刊声明
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