混联弹簧减振系统下自同步直线振动筛的动力学特性

作者:彭利平;刘初升;赵跃民;李功民;宋宝成 刊名:煤炭学报 上传者:殷楚贤

【摘要】混联弹簧减振系统(由并联座式弹簧组和悬挂弹簧组合构成)下自同步直线振动筛稳态振幅增大、竖直方向运动固有频率提高,停机过共振区时位移响应较仅座式弹簧减振情况明显减小,有利于振动筛整体可靠性的提高。为了解混联弹簧减振系统下自同步直线振动筛的动力学特性,在考虑设计、制造等引起的筛体质心偏离激振力作用线的基础上,建立了直线筛的一般数学模型,并推导其振动微分方程;引入小阻尼近似法,利用已有的筛体参数反推模型中的阻尼矩阵;采用Newmark-β数值仿真与现场实验测试相结合,从时、频域验证了模型的可行性。基于此,进行结构灵敏度分析,讨论了混联弹簧减振系统中悬挂弹簧刚度及位置对直线振动筛竖直方向固有频率的影响,为实际中这两个参数的选择提供参考。

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选煤是洁净煤炭生产和高效利用最经济有效的办法,振动筛大型化(宽度大于4.2m、筛分面积大于26m2)是选煤行业发展的必然趋势[1-2]。目前,我国大型振动筛需求量大,但国产高端产品短缺[3]。大型振动筛的可靠性若不能满足现场生产要求,将直接影响选煤厂的建设成本和生产运行成本[4-5]。利用有限元软件对大型振动筛进行动态分析以改进结构的动力学特性,是目前最常用的提高振动筛可靠性的方法。ThyssenKrupp公司[6]利用有限元软件开发了筛面面积4.0m9.6m、处理量10000t/h(0~600mm分级)的大型直线振动筛;贺孝梅等[7-8]通过计算筛体结构的固有频率、固有振型和动力响应,提出了结构动力修改的方法,使大型振动筛结构刚度和强度的需求;彭晨宇等[9]给出了振动筛有限元建模中梁结构、螺栓联接和焊接连接等关键问题的解决方法,并通过实验模态分析验证了理论分析的可靠性;王永炎等[10]利用相似理论和实验方法对27m2大型直线振动筛及其缩比为110的相似模型进行了试验模态分析,证实了相似模型筛在动力学特性上对实际振动筛的替代性,基于此,考虑到结构材料、几何尺寸及激励等参数的随机性;苏荣华等[11]对直线振动筛结构进行随机模态分析,研究了随机结构参数对振动筛模态频率的影响规律,用于振动筛的可靠性评价。另外,一些具有新原理或改进结构的振动筛一定程度上也改进其可靠性,如双频率振动筛[12-13]、四轴驱动振动筛[14]和应用弹性筛面的振动筛[15-16]等。通常地,振动筛各支撑座处减振弹簧往往由多个座式压缩弹簧并联组成,这种构造型式易引起筛体过共振区时横向摆动剧烈,进而产生其他类型的结构损伤[17]。笔者在两侧板上各添加悬挂弹簧,构成振动筛的混联弹簧减振系统[18],如图1所示。现场测试(侧板竖直方向上布置加速度传感器)的自同步直线振动筛筛体加速度信号经软件分析与换算后得到的位移历程如图2所示,发现座式弹簧和混联弹簧下的单振幅分别为2.8699mm和2.8823mm,竖直方向运动固有频率分别为3.75Hz和4.0625Hz,添加悬挂弹簧后,稳态振幅和固有频率均提高。在停机经历共振时,基于自同步原理的直线振动筛因缺少附加装置(齿轮或同步带)的强制同步,所以激振器间力的合成在非稳态情况下并不是典型的简谐激振情况,两组激振器的激振力可能相互抵消或削弱,故不一定能强于稳态振动的振动,因此在仅是座式弹簧减振时,自同步可以有效减少启动停车通过共振区时的垂直方向和水平方向的共振振幅[19],而添加悬挂弹簧后,由于固有频率的增加,停机过共振区时位移响应较仅座式弹簧减振情况明显减小。此外,悬挂弹簧上的防摆配重对抑制筛体共振时横向摆动也有一定的作用。由于共振区时结构及其结合部承受较大的冲击载荷,因此,通过添加悬挂弹簧以控制筛体响应并使之降低,将有利于振动筛整体可靠性的提高。图1混联弹簧减振系统下的自同步直线振动筛Fig.1Theself-synchronousLVSwithhybrid-springisolators图2座式弹簧及混联弹簧减振下的自同步直线筛竖直方向位移信号Fig.2Verticaldisplacementoftheself-synchronousLVSwithisolatorscomposedofcompressionspringsandhybridsprings振动筛的稳态运动情况决定了设备的筛分特性。本文考虑到制造等引起的筛体质心不经过激振力作用线的特点,建立了混联弹簧减振系统下直线振动筛稳态运动的一般数学模型,引入小阻尼近似法,利用稳态情况下数值仿

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