基于有限元法的煤矿用通风机振动响应分析

刘 琛

(山西阳煤寺家庄煤业有限责任公司，山西 阳泉 045000 )

0 引言

矿用通风机是煤矿井下工作面安全生产的重要设备，对煤矿的安全生产至关重要。在矿用通风机运行过程中，驱动电机和叶片的旋转会对风机外壳产生激励作用，使风机在轴承座处产生周期性径向变形，导致风机系统整体产生振动，对整机性能产生影响。同时，周期性的振动会降低风机以及驱动电机的寿命。所以，在风机外壳设计过程中很有必要对其进行振动分析，合理避开共振频率，减小振动响应[1-3]。

振动分析的主要方法有实验法与有限元分析法，实验法需要在样机加工制造完成后，通过安装加速度传感器的方法获得，当样机实验获得的共振明显时，需要重新设计，延长了设备开发周期；而有限元分析方法可在设计初期阶段进行，直到得到满意的模型后再进行加工制造，在有效地降低企业的设计加工成本的同时，使开发周期明显缩短。为了解风机叶片旋转对风机系统的振动响应，本文采用有限元法建立风机系统三维模型，通过网格划分、模态分析得到了风机外壳的固有频率，并以此为基础，以叶片旋转过程中风机静压为载荷，对风机外壳轴承座处的振动进行谐响应分析。

1 模态分析数学基础

根据机械振动学相关知识，结构件的模态动力学方程可描述为：

(1)

谐响应分析是以模态分析为基础，在已知频率与载荷作用下，求解结构件的振动响应。在谐响应分析过程中，载荷F(t)与振动响应u(t)为谐函数，且皆为时间的函数。……