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带式输送机传动滚筒的动态特性分析

作者:四川天屿翔机械设备有限公司 浏览: 发表时间:2024-02-17 10:35:17

带式输送机是输送作业中的主要工具之一,其主要结构包括输送带、驱动滚筒、上下托辊、张紧装置和各类支撑架等,借助输送带与驱动滚筒之间的摩擦力实现带动运转,将物料运送到指定位置。其输送作用在生产自动化及连续输送作业中发挥着不可替代的作用,输送机的稳定运行是安全高效作业的重要保障。随着对输送机工作量需求的增加,其带速、长度及运载量不断加大。然而,传递电机动力和扭矩的主要部件—支撑滚筒,常在巨大的压力下损坏,严重影响运输效率。本文主要基于带式输送机的传动理论,运用三维软件对带式输送机传动滚筒轴进行实体建模,利用分析软件对带式输送机的滚筒轴进行模态分析,分析其在作业过程中的固有频率、主振型、变形情况及相应变形量,以求在抑制滚筒整体的振动和滚筒轴变形方面得出有效结论,从而延长带式输送机的使用寿命。

 

1     建模

 

建立带式输送机传动滚筒轴几何模型。首先依据带式输送机现实中的几何大小,利用三维软件构建其传动滚筒轴的三维几何模型,模型为11仿制构造,如图1所示。其次将构建好的模型经相对应的接口导进软件中,最后得到传动滚筒轴的有限元模型。表1所示为该结构的几何参数和材料参数。


 

2     网格划分

 

对带式输送机传动滚筒轴模型进行网格划分。本文主要以生产线上常见的六辊轧机辊系作为研究对象。首先创建有限元模型。将第一步建立的带式输送机传动滚筒轴的仿制几何模型导入分析软件中,经反复查阅资料,材料属性参数参照表1 中的数值设定,此结构参数具有代表性。完成材料属性设定后,对辊系及机架进行网格划分。模型设置为自动网格划分,模态分析以前10阶作为研究对象。在XYZ 各方向上对机架施加位移为0的约束(以地脚螺栓对机架刚性约束为前提)。网格划分结果如图2所示。


 

3     模态分析

 

对带式输送机传动滚筒轴进行模态分析。运用模态分析法,通过创建有限元模型,采用有限元分析的方式对系统结构的振动问题进行离散化处理,将其转换变成求解系统结构特征值,运用近似求解手段对特征值开始求解,从而对结构振动情况动态探究。此研究主要求解的特征值和特征向量为结构的固有频率和主振型。

 

根据牛顿力学定律可得,机械动力学方程的矩阵形式如下:


 

此处主要采用计算模态分析的方法进行研究。首先用有限元软件进行模态分析。如前文所述,以前10 阶作为基本研究对象,用软件对带式输送机传动滚筒轴进行结构模态分析继续用软件对传动滚筒轴进行模态求解,得出所需信息,包括固有频率、变形情况及形变量等。数据整理见表2


 

从表2 模态分析中,可得出传动滚筒轴不同频率下的最大变形量。其中频率在656.25 Hz1 082.40 Hz1 184.80 Hz1 818.60 Hz 发生的变形量最大,所对应的最大变形值分别为0.98 646 mm1.227 90 mm0.958 58 mm1.056 30 mm ,其对应的振型图如图3 所示。

 


 


通过研究结果可以看出,当带式输送机传动滚筒轴受到外部施加的频率与这4个频率相近时,易引发传动滚筒的共振将有较大可能发生形变。同时从图 3 可以看出,轴面区域和轴承连接端最容易发生形变。

 

针对以上发现的问题,设想能够优化设计提高滚筒结构的稳定性,如增加传动滚筒轴表面质量,采用弹性模量较大的输送带等方法来阻止振动的产生,避免传动滚筒轴的共振及其他破坏形式。研究表明,带式输送机满载启动时,若采用正弦加速控制曲线,输送带的波动较小,且输送机从启动到平稳运行所需要的时间最短因此从动力控制方面减少共振也可作为进一步研究方向。

 

4     结语

 

带式输送机在生产自动化及连续输送作业中发挥着不可替代的作用,其稳定运行是安全高效作业的重要保障。随着对输送机工作量需求的增加,其带速、长度及运载量不断加大。支撑滚筒常在巨大的压力下损坏,严重影响输送效率。本文主要基于带式输送机的传动理论,运用三维软件对带式输送机传动滚筒轴进行实体建模,利用分析软件对带式输送机的滚筒轴进行模态分析,分析其在作业过程中的固有频率及变形情况找出对应频率振动时的一些解决方法和研究方向,有效抑制传动滚筒整体的共振,防止传动滚筒轴变形,从而延长带式输送机的使用寿命,为高效安全作业提供保障。


 

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