0、引言
    本文利用有限元分析軟件ANSYS建立HFZS1640型振動篩篩箱結(jié)構(gòu)的參數(shù)化有限元模型。通過諧響應(yīng)分析求出振動篩工作狀態(tài)下的動應(yīng)力分布，并以篩箱各板厚度為設(shè)計(jì)變量，動應(yīng)力為狀態(tài)變量，總質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)，通過零階法對篩箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，給出振動篩結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從而實(shí)現(xiàn)振動篩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用精確計(jì)算代替近似計(jì)算，用優(yōu)化設(shè)計(jì)代替經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。這種方法既能保證篩箱強(qiáng)度，又使篩箱整體的應(yīng)力分布更加均勻化，得到較為滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果，是篩箱設(shè)計(jì)的一種行之有效的方法。
1、有限元模型的建立及強(qiáng)度分析
1.1  參數(shù)化有限元模型的建立
    HFZS1640型振動篩是一種直線振動篩，其結(jié)構(gòu)主要由篩箱、激振器和彈簧等部件組成。篩箱是由大梁、橫梁、側(cè)板、布料盤、底板和加強(qiáng)肋等零部件組成的空間板梁組合結(jié)構(gòu)，整個篩箱由4個橡膠彈簧支撐在底座上。激振器由2個同速反向旋轉(zhuǎn)的激振電機(jī)和電機(jī)主軸上的偏心質(zhì)量組成，激振電機(jī)通過螺栓與篩箱聯(lián)接。激振電機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生慣性力，使篩箱做直線運(yùn)動。
    由于篩箱部分主要以板材為主，因此在單元劃分時，主要采用ANSYS單元庫里的she1163單元，以各板厚度為參數(shù)建立參數(shù)化有限元模型。用com-bine14單元模擬彈簧，其中彈簧的橫向剛度通過在橫向加combine14單元來模擬，按照篩箱與底座固結(jié)的實(shí)際位置施加彈簧單元邊界條件。用質(zhì)量單元模擬激振器。該模型的總節(jié)點(diǎn)數(shù)為10 421，殼單元數(shù)為21 462，彈簧單元數(shù)為52，質(zhì)量單元數(shù)為6。其有限元模型如圖1所示。
1.2 HFZS1640型振動篩的強(qiáng)度分析
    振動篩在工作過程中不僅承受較大的激振力，而且側(cè)板和上、下橫梁上還分布著很大的慣性力，使得側(cè)板和梁產(chǎn)生較大的動應(yīng)力。通過模擬激振器工作狀態(tài)，應(yīng)用ANSYS對HFZS1640型振動篩進(jìn)行了動態(tài)分析，得到了篩箱在工作時的動應(yīng)力分布云圖，如圖2所示。從圖上可以看出，除最大動應(yīng)力發(fā)生在側(cè)板入料端與上橫梁的連接部位的加強(qiáng)肋處(其值為41.2 MPa)外，其他部位的應(yīng)力值都比較低，均小于國家規(guī)范對振動篩設(shè)計(jì)要求規(guī)定的許用動應(yīng)力值24.5 MPa。這說明在激振力的作用下，入料端上橫梁與篩箱側(cè)板的連接部位變形及應(yīng)力值最大，而其他處應(yīng)力值能滿足強(qiáng)度要求。
2、HFZS1640型振動篩的優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.1優(yōu)化問題一般數(shù)學(xué)模型
基于有限元分析的尺寸優(yōu)化數(shù)學(xué)模型可描述如下：設(shè)有n個設(shè)計(jì)變量X=[Xl，X2，…，%]，在滿足g(x)和h(X)的約束條件下，求目標(biāo)函數(shù)f(X)最小。
 2.2 ANSYS優(yōu)化步驟
將上面求解的各節(jié)點(diǎn)處應(yīng)力值按降序排列，提取最大值并賦給相應(yīng)的參數(shù)做為狀態(tài)變量，將滿足強(qiáng)度條件下的總質(zhì)量最小作為目標(biāo)函數(shù)。生成一個用參數(shù)定義模型并指定設(shè)計(jì)變量、狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)的分析文件。由這個文件可以自動生成優(yōu)化循環(huán)文件，用來進(jìn)行優(yōu)化循環(huán)迭代。本文以各板厚度為設(shè)計(jì)變量，一共有8個設(shè)計(jì)變量。以振動篩許用動應(yīng)力為約束條件，這里取約束條件為動應(yīng)力不超過24.5 MPa。對于設(shè)計(jì)變量和狀態(tài)變量分別定義最大值和最小值。選擇零階優(yōu)化方法(Sub - Prob-lem)，其中可控制的最大迭代次數(shù)為30。
2.3優(yōu)化結(jié)果及分析
    (1)優(yōu)化結(jié)果
    優(yōu)化收斂誤差取e=0.5，優(yōu)化經(jīng)20次迭代后收斂，最優(yōu)結(jié)果在第19步。表I給出優(yōu)化前后設(shè)計(jì)變量、狀態(tài)變量以及目標(biāo)函數(shù)的變化情況。同時優(yōu)化后的振動篩篩箱結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力場分布如圖4所示。
(2)結(jié)果分析
    由表1可見，優(yōu)化后振動篩篩箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)變量都發(fā)生變化。主要表現(xiàn)在：側(cè)板和橫梁尺寸比優(yōu)化前都明顯增加，大梁尺寸和加強(qiáng)肋則有所減少，優(yōu)化后動應(yīng)力最大值為22.5 MPa，小于許用應(yīng)力24.5MPa，滿足了振動篩強(qiáng)度的要求，優(yōu)化后整體質(zhì)量也有所增加。
    從圖4知，優(yōu)化前側(cè)板入料端與上橫梁的連接部位的加強(qiáng)肋處的應(yīng)力集中嚴(yán)重，經(jīng)優(yōu)化后應(yīng)力集中得以明顯改善。且優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布較優(yōu)化前更為均勻，這說明經(jīng)過優(yōu)化后篩箱結(jié)構(gòu)達(dá)到了最佳的配置�？梢娪酶靼搴穸茸鳛樵O(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化是有效的。
3、結(jié)語
    有限元方法是振動篩設(shè)計(jì)的重要手段，它克服以往靠經(jīng)驗(yàn)和模仿的設(shè)計(jì)狀態(tài)，避免簡化計(jì)算帶來的設(shè)計(jì)誤差，提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)精度。基于有限元法的參數(shù)化建�？梢钥焖賱討B(tài)地修改模型，動態(tài)得到各種分析結(jié)果，并可以進(jìn)行優(yōu)化分析。改變振動篩各板厚度對振動篩強(qiáng)度影響較大，優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算給出了振動篩各板厚度在滿足強(qiáng)度要求下的最優(yōu)值。
    三門峽富通新能源銷售木屑滾筒篩，木屑滾筒篩主要和木屑顆粒機(jī)生產(chǎn)線配套使用，同時我們也可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行訂做。