振动给料机支架优化设计

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振动给料机是一种广泛用于冶金、煤炭、电力、化工、建材、轻工和粮食等行业给料设备[1]。通过其实现散料料仓与下部受料送达之间的物料转接、过渡，其整体工作性能的优劣直接影响到物料的正常给料及效率。笔者结合秦港煤四期翻车机系统改造工程，对振动给料机支架在使用、维修中存在的问题进行系统分析和优化，寻求一种满足新型振动给料机长期运行平稳性、可靠性的综合优化改进方案。

1 情况简介

振动给料机结构系统如图 1 所示。作为翻车机系统和其他散料转接料仓的重要配套装置，振动给料机通常位于转接料仓下口与下层受料带式输送机之间，通过其将煤炭、矿石等散料顺利过渡至下层受料输送带上。其工作状况直接影响到翻卸作业的正常进行。振动给料机由给料闸门、导料裙板、振动给料器及其支撑结构、头部溜槽以及相关附件组成。

图1 振动给料机结构示意

2 存在的问题

2.1 采用悬挂支撑

该设计造成振动的向上传递，在长期的振动作用下易造成上部支撑钢结构开裂、连接螺栓松动、失效等问题。此外，给料机前部吊耳拉环装置易发生断裂，造成给料机倾斜，发生给料异常，甚至整体坠落事故。

2.2 给料器支架未考虑防共振

由于给料机电动机采用连续变频控制调整给料速度，其给料频率在 0～50 Hz 之间变化，当工作频率与支架固有频率发生重合时会产生共振，造成给料机工作异常、支架开裂及连接螺栓失效等问题。

3 优化改进方案

3.1 结构优化

如图 2 所示，新型给料机支撑采用独立落地式支撑门架结构。给料机与上部漏斗钢结构之间相互独立。工作时，振动不会传递到上部结构，而是通过支撑门架直接传递至下部基础。将给料机安装于落地门架独立支撑式钢结构上，能有效保持给料机斗体水平，减振效果好，自身挠度好，振动稳定适中，满足给料要求。

图2 改进后给料机结构示意

3.2 应力分析

图3 模型力与约束的施加

将支撑门架模型导入 ANSYS Workbench 中进行静力分析。对模型施加力与约束，如图 3 所示，固定支撑门架下面的 4 个面，力在模型平面上，z方向7 500 N，y方向 2 500 N。材料为 Q235。

支撑门架总变形云图和等效应力云图分别如图4、5 所示。由图 4、5 可知，其等效应力最大处为24.884 MPa，远小于 Q235 许用安全应力 150 MPa，结构强度满足使用要求。

图4 支撑门架总变形云图

图5 支撑门架等效应力云图

3.3 防共振优化

对支撑门架固有频率与工作频率进行模态分析，以避开共振点。首先将支撑门架导入 ANSYS Workbench，进行模态分析，固定支撑门架下面 4 个底面，分析结果如图 6、7 所示。

由图 6、7 可知，给料电动机的工作频率范围为 0～16 Hz，而支撑钢结构的前 10 阶共振频率皆远离工作频率，确保支撑钢结构共振频率有效避开给料机电动机的工作频率范围，从根本上避免了共振的发生。

4 结语

通过对新型振动给料机支撑结构的优化，采用防共振、落地式独立支撑门架结构，极大满足和改善了给料系统的运行稳定性和高效性，满足了长期高位运行的要求，为其他同类振动给料机支撑结构的优化设计提供了经验和借鉴。

图6 给料机支撑门架约束模型

图7 共振频率分析结果