基于Ansys带式输送机驱动装置架动态特性分析.pdf
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1、292023 年第 21 期/ANALYSIS RESEARCH分析研究姚艳萍,张玺,程泽鹏,等.基于 Ansys 带式输送机驱动装置架动态特性分析 J.起重运输机械,2023(21):29-34.引 用 格 式0 引言随着高产高效矿井的发展,原有带式输送机的主参数、运行性能等都已不能满足要求,必须向长距离、高带速、大运量、大功率的大型化方向发展,要改善和提高运行性能,确保安全可靠1。驱动装置是带式输送机的动力来源,由电动机、减速器、联轴器、逆止器或制动器等组成。带式输送机的驱动装置架作为承载驱动装置的结构,除受到承载的重力之外,还受到电动机和减速器等的外部激励载荷,当激励载荷的频率接近钢结构
2、的固有频率时会发生共振影响设备正常运行。为了避免共振对驱动装置架造成较大变形破环系统稳定性,进行模态分析得出支撑结构的固有频率和振型,分析受到外部激励时驱动装置架的振动趋势,然后进行谐响应分析得到频率响应曲线,为动态特性提供理论基础。带式输送机向大型化发展,其主要零部件不仅要完成选型,还要进行必要的设计计算,对驱动装置架进行特定工况下力学分析特别是振动分析是十分有必要的。本文对原有使用的DTII(A)型带式输送机设计手册中驱动装置架的设计作了部分优化2,以 YZLY/ZSY板梁式驱动装置架进行研究,选用电动机型号Y225 M4,减速器型号 ZSY280。基于 Ansys 带式输送机驱动装置架动
3、态特性分析姚艳萍 张 玺 程泽鹏 田星宇 李金泊太原科技大学机械工程学院 太原 030024摘 要:带式输送机驱动电动机加载简谐激励即疲劳载荷时会引起疲劳破坏,当电动机激励频率接近驱动装置架的固有频率时系统会发生共振,而共振会引起冲击载荷甚至影响系统的安全运行。文中分析了振动对机架的影响,结合 SolidWorks 对驱动装置架进行建模,利用 Ansys 对驱动装置架进行静力学和动力学分析。通过对机架进行模态分析发现电动机支架连接处扭转和弯曲较大,优化改进了机架结构并进行谐响应分析,得到位移频率响应曲线和应力频率响应曲线,改进后的机架增加了固有频率并满足设备使用要求,为大型带式输送机驱动装置架
4、开发设计提供了理论参考。关键词:带式输送机;驱动装置架;模态;谐响应;分析中图分类号:TH222 文献标识码:A 文章编号:1001-0785(2023)21-0029-06Abstract:When the driving motor of belt conveyor is loaded with harmonic excitation,namely fatigue load,fatigue damages will occur.When the excitation frequency of the motor is close to the natural frequency of th
5、e driving device frame,the system will resonate,and then cause impact load and even affect the safe operation of the system.In this paper,the influence of vibration on the frame was analyzed,and the driving device frame was modeled by SolidWorks,and the statics and dynamics of the driving device fra
6、me were analyzed through Ansys.In the modal analysis of the frame,it was found that there were serious torsion and bending at the connection of the motor bracket.The frame structure was improved and the harmonic response analysis was carried out,and the displacement-frequency response curve and stre
7、ss-frequency response curve were obtained.After the improvement,the natural frequency of the frame was increased,and the requirements of the equipment were met,which provides a reference for the development and design of the driving device frame of large belt conveyor.Keywords:belt conveyor;driving
8、device frame;modal;harmonic response;analysis30/2023 年第 21 期1 驱动装置架强度刚度分析1.1 实体模型和有限元模型建立驱动装置架主要由上支架、下支架、连接件、支撑上下支架的槽钢和角钢等通过焊接和螺栓连接而成,其中上支架主要承载驱动装置,下支架螺栓连接固定在地面或相应的连接部位,上支架从左到右分别安装电动机、液力偶合器、制动器和减速器。利用 SolidWorks 三维软件绘图时忽略倒角、圆角和对结构特性影响较小的螺纹孔、退刀槽等结构,简化模型提高求解效率。在 Ansys Workbench 软件中对驱动装置架进行有限元建模,图 1 所示
9、。选用 Q235 钢材料,单元类型选择四面体单元(Tetrahedrons)划分网格,网格单元大小为 15 mm,电动机承载等部位局部加密采用 10 mm,应用 Patch Conforming 算法,有限元模型弹性模量为 210 GPa,泊松比 0.28,质量密度为 7 850 kg/m3,单元数为246 787,节点数为 455 3903。图 1 驱动装置架模型图1.2 载荷及边界条件施加驱动装置架下支架固定在地面或相应的连接部位,将下支架设置为全约束。上支架承载驱动装置受到各部件的重力,由于驱动装置架各部位连接一般为焊接或螺栓连接,为了简化模型将各部位连接设置为绑定接触(Bonded)。
10、机架受到电动机减速器传递的扭矩,此外制动器等也会产生对机架的作用力。额定功率下电动机传递的扭矩为19 550 9 550 45286.5 N m1 500PTn (1)式中:P 为功率,n 为转速。减速器传递的扭矩为 219 55045 9 55025 1.251 500 8 953.125 N mPTiun (2)式中:n1为电动机转速,i 为速比,u 为使用系数。1.3 强度刚度分析在实际工作中,驱动装置产生激励作用在驱动装置架上,产生变形的同时会影响带式输送机的传动性能,故分析驱动装置架在安全运行时产生的变形以及应力状况。通过有限元分析,得到驱动装置架的应力和位移分布云图。图 2 为机架
11、的应力云图,最大应力为 13.331 MPa,位于减速器安装区域,Q235 钢屈服应力为 235 MPa,最大应力远小于屈服极限,结构受力满足刚度要求。由图 3 机架位移云图可知,机架最大变形位于减速器区域承载处,为 0.019 3 mm,机架整体变形较小,机架运行正常。图 2 驱动装置架应力云图 图 3 驱动装置架位移云图ANALYSIS RESEARCH分析研究312023 年第 21 期/ANALYSIS RESEARCH分析研究在进行驱动装置架整体静应力分析后,对上下支架螺栓连接处进行局部分析,发现最大变形和最大应力分别位于减速器上下支架螺栓连接处,满足驱动装置架整体强度刚度分析结果。
12、为了增加系统稳定性,可采取预防措施提高螺栓连接强度。2 模态分析通过模态分析方法可以了解结构在某频率范围内的各阶主要模态的特性,使结构避免共振或让结构在指定的频率下振动,是动力学分析的基础。模态分析只与材料性能、结构形状和约束形式等有关,与载荷无关。将下支架螺栓连接处设置为固定约束,对驱动装置架进行自由模态分析。结构的动态特性一般由低阶固有频率和振型所决定4。此次分析采取分块兰索斯法(Block Lanczos)5对驱动装置架前 6 阶模态进行求解。模态分析用于确定结构的固有频率和振型6。驱动装置架前6 阶模态分析固有频率和振型描述如表 1 所示。表 1 驱动装置架固有频率和振型由模态分析结果
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