振動篩振動電機(jī)安裝軸的斷裂分析探討

盧鵬飛??

摘要：大型振動篩在使用過程中主要是對物料進(jìn)行分選，在運(yùn)行中振動電機(jī)安裝軸容易出現(xiàn)斷裂的問題，本文依據(jù)振動電機(jī)布置在篩體下的結(jié)構(gòu)形式，分析振動電機(jī)安裝軸的受力情況，并開展疲勞強(qiáng)度計算，結(jié)果顯示疲勞強(qiáng)度需要是無法得到滿足的，因此需要采取有效措施對振動篩的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計與改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：振動篩；振動電機(jī)；安裝軸；斷裂

振動電機(jī)驅(qū)動的振動篩有很多種形式，并且在采礦、機(jī)械、化工、食品、糧食等部門有著廣泛的應(yīng)用，振動篩主要是對物料進(jìn)行去雜、清理、分級等。如今社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，食品行業(yè)也呈現(xiàn)出較大的規(guī)模，大中型的振動篩也開始設(shè)計開發(fā)。

一、振動篩結(jié)構(gòu)分析

下圖是一種大型的TQLZ180/400型振動篩，主要用于物料的分選，該振動篩的寬度為1.8米，長度為4米，篩的重量超過1000kg[1]。兩臺振動電機(jī)安裝在振動篩下部的圓形實(shí)心軸上，軸兩側(cè)的法蘭是通過螺栓與篩體兩側(cè)中部耳板相連接。雖然安裝軸的軸徑有8.9cm，但是在使用過程中還是容易出現(xiàn)斷裂的情況。

這種振動篩有雙振動電機(jī)驅(qū)動，是一種單向激振力雙軸慣性激振器振動，篩體和振動電機(jī)安裝軸在工作過程中會承受很多形式的動載荷，進(jìn)而出現(xiàn)動應(yīng)力。在時間不斷變化下，這些應(yīng)力也會呈現(xiàn)出周期性的變化。在交變應(yīng)力的影響下，盡管篩體、振動電機(jī)安裝軸的最大應(yīng)力比材料靜強(qiáng)度指標(biāo)低，也無法避免出現(xiàn)疲勞損壞。所以在設(shè)計過程中，不能簡單地通過靜力學(xué)方法計算強(qiáng)度，需要明確篩體以及振動電機(jī)安裝軸的受載情況，然后對彎曲、扭轉(zhuǎn)等組合交變應(yīng)力下的構(gòu)件疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計算。

振動篩的結(jié)構(gòu)圖

二、振動篩振動電機(jī)安裝軸的受力情況

為分析本次研究中振動篩振動電機(jī)安裝軸的受力情況，進(jìn)行假設(shè)說明，具體如下。假設(shè)1：對振動電機(jī)安裝軸自身重量的影響忽略不計。假設(shè)2：安裝軸的一邊是鉸鏈支座，另一邊是活動鉸鏈支座的梁，如果篩體和兩側(cè)耳板是剛性框架，安裝軸兩側(cè)法蘭通過螺栓與耳板相連接，正常情況下，安裝軸的兩側(cè)是固定支座。但是在振動篩工作過程中，由于慣性力的作用，篩體在橫向上會出現(xiàn)彎曲變形的情況，兩個耳板也會出現(xiàn)角變形，所以作出該假設(shè)。假設(shè)3：無法忽略振動電機(jī)的重量。本次研究的TQLZ180/400型振動篩使用的振動電機(jī)，單臺的質(zhì)量是135kg，重心線與安裝軸線偏距為21.5cm[2]，如果安裝軸出現(xiàn)彈性振動，兩振動電機(jī)的質(zhì)量造成的脈動動載荷會使安裝軸出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動的情況。假設(shè)4：不考慮篩面上物料等因素的影響，本次研究中，振動篩視為線性振動。

依據(jù)三個坐標(biāo)平面分析振動電機(jī)安裝軸的受力情況，發(fā)現(xiàn)三個平面內(nèi)安裝軸會受到力的作用。電機(jī)產(chǎn)生的兩個激振力集中在安裝軸上，也會隨時間變化。振動電機(jī)會通過力矩的形式將兩個軸向的激振力提供給安裝軸，力矩大小會出現(xiàn)周期性的變化。

三、振動篩振動電機(jī)安裝軸的疲勞強(qiáng)度計算

對振動篩振動電機(jī)安裝軸的受力情況進(jìn)行分析之后，就需要對其疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計算，通過前面的分析能夠知道，在外載荷以及彎矩影響下，安裝軸中就會出現(xiàn)彎矩，振動電機(jī)自重的影響下，安裝軸會出現(xiàn)扭矩。所以需要對兩種組合變形進(jìn)行研究討論，其一是彎矩扭轉(zhuǎn)組合變形；其二是拉壓彎曲與扭轉(zhuǎn)組合變形。

結(jié)合疲勞強(qiáng)度條件，在移項(xiàng)變換下獲得安裝軸疲勞強(qiáng)度公式：

n'ot = n'o nt （n'o ）2 + n2t ≤n

結(jié)合設(shè)計手冊，選擇安裝軸在受到交變應(yīng)力影響下的工作安全系數(shù)以及許用安全系數(shù)。對材料手冊進(jìn)行分析，明確安裝軸對應(yīng)材料的力學(xué)性能，比如剪切許用應(yīng)力值等，結(jié)合安裝軸尺寸大小，對安裝軸的重量進(jìn)行計算，依據(jù)對受力分析獲得的力、力矩大小等，利用公式進(jìn)行計算。然后在對交變應(yīng)力大小進(jìn)行計算分析，依據(jù)機(jī)械手冊獲得計算公式，并將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式進(jìn)行計算。最后將獲得的數(shù)據(jù)代入到疲勞強(qiáng)度公式中進(jìn)行計算，明確安裝軸疲勞強(qiáng)度無法達(dá)到的條件。

四、振動篩振動電機(jī)安裝軸斷裂處理策略

（一）增加篩體橫向抗彎曲剛度

增加篩體橫向抗彎曲剛度結(jié)構(gòu)如上圖所示，篩體上部、下部增加橫向槽型鋼件，在篩體底部設(shè)置篩體兩側(cè)的耳板，每塊耳板通過4條加強(qiáng)筋板與篩體牢固連接。

（二）強(qiáng)化安裝軸的疲勞強(qiáng)度

要使振動篩振動電機(jī)安裝軸的抗疲勞強(qiáng)度得到提升，需要將寬度1.8米改為2米，同時對安裝軸的材質(zhì)進(jìn)行改善，將棒料改為厚壁鋼管，通過調(diào)質(zhì)熱處理，安裝軸的表面使用滾壓強(qiáng)化加工。要使振動電機(jī)激振力以及交變應(yīng)力矩對安裝軸受載的影響降低，可以將兩臺電機(jī)安裝在一起，使其在相同特質(zhì)的安裝板上。除此之外，在保證振動篩工藝效果得到滿足的情況下，要科學(xué)的選擇震蕩電機(jī)，并對激振力以及振動頻率等參數(shù)進(jìn)行科學(xué)的確定。

五、結(jié)語

對大中型振動篩電機(jī)的布置情況進(jìn)行分析，對電機(jī)安裝軸進(jìn)行受力分析，并做好強(qiáng)度計算，明確安裝軸出現(xiàn)斷裂的原因，通過強(qiáng)度計算可以知道，大型振動篩與強(qiáng)度需要不相滿足，需要在設(shè)計振動篩時科學(xué)的改進(jìn)，更好的使振動篩振動電機(jī)安裝軸斷裂的情況得到改善和優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐潘，譙國軍，李道芬，李克強(qiáng)，張健，張志東.短雙電機(jī)自同步橢圓振動篩設(shè)計[J].鉆采工藝，2011，34（03）：7476+117.

[2]韓曉娟，蒲順川.雙振動電機(jī)同步振動篩基本參數(shù)設(shè)計與調(diào)整[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2011，（09）：221223.