振動(dòng)給料機(jī)支架優(yōu)化設(shè)計(jì)

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振動(dòng)給料機(jī)是一種廣泛用于冶金、煤炭、電力、化工、建材、輕工和糧食等行業(yè)給料設(shè)備[1]。通過(guò)其實(shí)現(xiàn)散料料倉(cāng)與下部受料送達(dá)之間的物料轉(zhuǎn)接、過(guò)渡，其整體工作性能的優(yōu)劣直接影響到物料的正常給料及效率。筆者結(jié)合秦港煤四期翻車(chē)機(jī)系統(tǒng)改造工程，對(duì)振動(dòng)給料機(jī)支架在使用、維修中存在的問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)分析和優(yōu)化，尋求一種滿(mǎn)足新型振動(dòng)給料機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行平穩(wěn)性、可靠性的綜合優(yōu)化改進(jìn)方案。

1 情況簡(jiǎn)介

振動(dòng)給料機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)如圖 1 所示。作為翻車(chē)機(jī)系統(tǒng)和其他散料轉(zhuǎn)接料倉(cāng)的重要配套裝置，振動(dòng)給料機(jī)通常位于轉(zhuǎn)接料倉(cāng)下口與下層受料帶式輸送機(jī)之間，通過(guò)其將煤炭、礦石等散料順利過(guò)渡至下層受料輸送帶上。其工作狀況直接影響到翻卸作業(yè)的正常進(jìn)行。振動(dòng)給料機(jī)由給料閘門(mén)、導(dǎo)料裙板、振動(dòng)給料器及其支撐結(jié)構(gòu)、頭部溜槽以及相關(guān)附件組成。

圖1 振動(dòng)給料機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2 存在的問(wèn)題

2.1 采用懸掛支撐

該設(shè)計(jì)造成振動(dòng)的向上傳遞，在長(zhǎng)期的振動(dòng)作用下易造成上部支撐鋼結(jié)構(gòu)開(kāi)裂、連接螺栓松動(dòng)、失效等問(wèn)題。此外，給料機(jī)前部吊耳拉環(huán)裝置易發(fā)生斷裂，造成給料機(jī)傾斜，發(fā)生給料異常，甚至整體墜落事故。

2.2 給料器支架未考慮防共振

由于給料機(jī)電動(dòng)機(jī)采用連續(xù)變頻控制調(diào)整給料速度，其給料頻率在 0～50 Hz 之間變化，當(dāng)工作頻率與支架固有頻率發(fā)生重合時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振，造成給料機(jī)工作異常、支架開(kāi)裂及連接螺栓失效等問(wèn)題。

3 優(yōu)化改進(jìn)方案

3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

如圖 2 所示，新型給料機(jī)支撐采用獨(dú)立落地式支撐門(mén)架結(jié)構(gòu)。給料機(jī)與上部漏斗鋼結(jié)構(gòu)之間相互獨(dú)立。工作時(shí)，振動(dòng)不會(huì)傳遞到上部結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)支撐門(mén)架直接傳遞至下部基礎(chǔ)。將給料機(jī)安裝于落地門(mén)架獨(dú)立支撐式鋼結(jié)構(gòu)上，能有效保持給料機(jī)斗體水平，減振效果好，自身?yè)隙群?，振?dòng)穩(wěn)定適中，滿(mǎn)足給料要求。

圖2 改進(jìn)后給料機(jī)結(jié)構(gòu)示意

3.2 應(yīng)力分析

圖3 模型力與約束的施加

將支撐門(mén)架模型導(dǎo)入 ANSYS Workbench 中進(jìn)行靜力分析。對(duì)模型施加力與約束，如圖 3 所示，固定支撐門(mén)架下面的 4 個(gè)面，力在模型平面上，z方向7 500 N，y方向 2 500 N。材料為 Q235。

支撐門(mén)架總變形云圖和等效應(yīng)力云圖分別如圖4、5 所示。由圖 4、5 可知，其等效應(yīng)力最大處為24.884 MPa，遠(yuǎn)小于 Q235 許用安全應(yīng)力 150 MPa，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求。

圖4 支撐門(mén)架總變形云圖

圖5 支撐門(mén)架等效應(yīng)力云圖

3.3 防共振優(yōu)化

對(duì)支撐門(mén)架固有頻率與工作頻率進(jìn)行模態(tài)分析，以避開(kāi)共振點(diǎn)。首先將支撐門(mén)架導(dǎo)入 ANSYS Workbench，進(jìn)行模態(tài)分析，固定支撐門(mén)架下面 4 個(gè)底面，分析結(jié)果如圖 6、7 所示。

由圖 6、7 可知，給料電動(dòng)機(jī)的工作頻率范圍為 0～16 Hz，而支撐鋼結(jié)構(gòu)的前 10 階共振頻率皆遠(yuǎn)離工作頻率，確保支撐鋼結(jié)構(gòu)共振頻率有效避開(kāi)給料機(jī)電動(dòng)機(jī)的工作頻率范圍，從根本上避免了共振的發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)新型振動(dòng)給料機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，采用防共振、落地式獨(dú)立支撐門(mén)架結(jié)構(gòu)，極大滿(mǎn)足和改善了給料系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和高效性，滿(mǎn)足了長(zhǎng)期高位運(yùn)行的要求，為其他同類(lèi)振動(dòng)給料機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

圖6 給料機(jī)支撐門(mén)架約束模型

圖7 共振頻率分析結(jié)果