摘 要：振动筛作为大型机械设备，广泛应用在矿山及治金企业中。但是振动筛属于往复振动形式，进而日常运行振动情况下，还会出现破坏振动，振动筛的面积越大，所造成的破坏面积就会越大，缩短振动筛应用寿命。因此，传功静态设计及类比手段已经无法满足矿山及治金企业对振动筛的需求，所以，就必须对振动筛动态强度问题进行技术处理，这也是本文想要解决的问题。
关键词：振动筛；动态特性；模态分析；有限元分析
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.052
0 前言
伴随着振动筛功能越加齐全，人们对于振动筛结构强度越加关注。现阶段，为了能够解决振动筛振动强度问题，研究人员已经从多个方面进行了大量研究工作，基本上都是通过有限元软件对动力学进行研究。但是由于振动筛有限元数量较多，进而整个研究成本及时间都较高。实验模态分析方法对振动筛的振动与强度进行研究，具有重要现实意义。
1 香蕉筛实验模态分析
模态分析产生于上世纪30年代，是以导纳及机械阻抗作为前提条件，经过多代研究人员共同努力，现在已经形成了相对完善理论方案。近几年，模态分析理论还是和自动控制、数理统计等知识相结合，并且按照自身发展特征，构建了全新理论体系，这也为模态分析奠定了坚实基础条件。
1.1 试验结构的支撑方式
试验结构主要由两部分构成，分别为原型及模型，对特殊结构及设计结构分析上主要应用模型试验。模型试验在应用振动筛分析研究过程中，需要按照有关理论制造模型，在考虑几何相似情况下，还需要考虑振动筛动力相似性。任何试验都需要考虑结构边界，即便物体结构相同而边界条件不同，结构所呈现出来的特性就会存在差别。按照模型实际结构情况，结构边界条件主要可以分为三种类型，分别为固定支撑、原装支撑及自由支撑。一般情况下，试验主要选择远程支撑方式，本文也就选择原装支撑的支撑方式。
1.2 激振器与激励方式
振动筛模态试验分析过程中，最为关键的一个步骤就是激励系统配置及安装。激励系统是否选择及安装合作，对最终试验结果精度会造成直接影响。一般情况下，激励装置主要分别为两种类型，分别为力锤锤击法与激振器激励。激振器体积较大，搬动难度较高，但是力锤携带方便，并且可以激振起香蕉筛，进而本文选择力锤锤击法。
按照模态试验理论，从激励数量及区域来说，激励方式主要可以分为两种类型，分别为单点激励与多点激励。单点激励作为最常见的激励方式，是一个点向一个方向所作出的激励测试，并不需要其他坐标方向作为保证。多点激励表示同时向多个点施加激励的方式。多点激励在应用过程中可以显著增加激励能量，但是整个激励流程十分复杂，进而小型试验无法开展多点激励。按照现阶段试验室硬件配备来说，本文采取单点激励方式。
1.3 激励点及响应点的布置
一般情况下，无法立即就在实验中找到最佳激励点，进而必须具有一定耐心。传感器自身就具有质量，进而传感器在与振动筛相连接之后，振动筛需要承受附加质量，试验检测精确度就会受到影响。按照试验理论分析可知，传感器质量在低于全部构件十分之一情况下，可以暂时忽视传感器的质量。传感器在实际安装过程中需要特别注意：（1）合理选装传感器的安装位置，保证振动筛可以全面反应所检测到的响应；（2）传感器自身的质量对振动筛结构会造成一定影响，进而需要尽可能减少传感器附加质量，进而保证实验结果精确性，具体实验模态如图1所示。
1.4 模态试验检测结果
由于试验时间较为紧张，本次试验并未对香蕉筛进行振型向量检测，仅仅对香蕉筛频的频率、振型、质量、刚度等参数进行检测。
为了能够保证模态实验最终结果精确性，笔者特意测试了一下响应及锤击状态下香蕉筛情况。香蕉筛不管是在响应还是在锤击状态下，都和香蕉筛实际运行情况相吻合，进而本次实验具有一定可操作性。
2 高频脱水筛有限元分析
2.1 模态分析
2.1.1 正对称约束时固有频率及振型
为了能够对高频脱水筛正对称约束固有频率及振型深入了解，笔者对开展了多次试验。在试验之后发现，高频脱水筛的正对称约束时固有频率及振型为107.58HZ，这也就表示高频脱水筛额定频率为24HZ，和运行频率之间相差将近4.4倍，进而高频脱水筛在运行中不会出现共振问题。
2.1.2 反对称约束时的固有频率和振型
在对高频脱水筛前30个阶段固有频率及振型计算完毕之后，按照试验所得到的数据结果显示可知，高频脱水筛反对称约束的固有频率为28.48Hz。
2.2 静力学分析
2.2.1 整体的位移及应力
在经过分析计算之后，对高频脱水筛的等效位移分布情况有了初步了解，具体如图2所示。由图2显示可知，高频脱水筛所产生的最大应力应该位于螺栓上面，数值大约为35MPa。
2.2.2 静力学结果分析
按照上述内容显示可知，高频脱水筛所产生的最高应力出现在主梁上面，应力数值为36.4854MPa。脱水筛箱体主要材料为锅炉钢，但是主梁的主要材料为碳素结构钢。脱水筛箱体在运行过程中，会受到动态载荷约束，进而脱水筛所选择的安全系数应该为5。
3 瞬态动力学分析
瞬态动力学分析也被称之为时间历程分析，主要了解结构随着时间变化载荷所发生的变化。瞬态动力学分析可以在瞬态载荷、静载荷、简谐载荷等结构之下，了解位移、应力、应变随着时间推移所发生的变化。在瞬态动力学分析中，时间及载荷是其中主要影响因素，在惯性力及阻尼数值较小情况下，瞬态分析可以用静力学分析所替代。
瞬态动力学分析常见的方法有三种，分别为完全法、缩减法及模态叠加法。本文在对振动筛瞬态动力学分析中，应用模态叠加法分析。模态叠加法主要是借助模态所检测到的振型，然后乘以因子，最终求得计算结构的响应数值。振型叠加法在应用过程中，主要分為两个步骤，分别为计算固有频率及动力响应。动力响应和低阶模态之间有着一定关联，动态响应决定着低阶模态频率。所以，本文在分析研究过程中，仅仅考虑低阶振型，通过振型截断法，了解矩阵在截断之后所出现的变化。振型叠加法可以应用微分方程计算，可以有效减少方程组数量，缩短结果计算时间。但是直接积分法在对时间步长计算中，整体计算时间较长，进而本文直接应用积分法计算时间步长，并且最终计算结果和微分方程组耦合，保证计算结果精确可靠，可以全面体现出振动筛整体振动实际情况，为瞬态动力学分析提供数据保证。
3.1 积分方法的选择
结构动力响应实际上受到较多因素影响，其中时间步长就是主要影响因素。对时间步长设置过程中，需要从计算精确度角度分析，确定振动筛最大时间步长。结构动力学有关问题分析研究中，主要应用隐式算法分析，进而对时间步长的要求仅仅体现在精度上面。本文在对振动筛瞬态动力学分析研究中，积分方案没有任何稳定条件，进而本文应用隐式算法。
3.2 时间步长的计算
时间步长决定着瞬态分析计算结果的精确性，时间步长差值越小，瞬态分析计算结构精确度也就越高。但是时间步长要是过大，模态响应就会受到影响。所以，在对模态响应计算过程中，在尽可能选择较小的时间步长情况下，还需要提升计算资源利用率。
可以将振动筛结构的动力响应，看成是每一个阶段模态响应的结果。时间步长数值应该可以计算出振动筛整体响应最佳模态数值，应用隐式算法确定积分方案时，最为理想精度级结果为时间步长为最高频率的倒数。
3.3 瞬态动力学结构
高频脱水筛瞬态动力学分析结果如图3所示。
4 结论
本文对香蕉筛进行了实验模态分析，对香蕉筛的固有频率及模态质量等数值有了初步了解，然后对高频脱水筛进行了有限元分析，初步了解高频脱水筛运行情况。除此之外，本文还对振动筛的瞬态动力学进行了分析，最终得到了高频脱水筛的时间位移曲线示意图。
参考文献：
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