ANSYS谐响应分析在纸机振动分析中的应用
1 前言
纸机是典型的旋转类机械，在纸机系统中有上百个辊子旋转实现由纸浆到纸张的制作过程。纸机机架的振动特性直接影响纸张的品质。然而对于大型纸机，想要让机架固有频率避开所有不同直径辊子的激振频率是困难的，这时只要满足该机架的最大振动振幅小于许可值，我们也认为这个机架的振动属性是合格的。利用ansys软件，建立有限元模型，将单位力施加到机架辊子处，进行谐响应分析，得到频率与位移幅值曲线，经过fortran编程或excel将导出的数值进行转换，结合由辊子精度等级计算得到的不平衡力，得到车速（即辊子的转动线速度）与振动速度曲线，最后将各个不同直径辊子的振动幅值叠加得到最终的振动曲线。与规定的标准值进行比较，从而可以判断出该机架是否合格。
本文以一台正在运营的纸机为例（图1所示），基于以上原理说明ansys谐响应分析在纸机网部振动诊断中的应用。该纸机网部在运行车速900转/分钟左右时，流浆箱处存在明显的振动，从完成部出来的纸的品质也不好。为了找到原因，建立网部的有限元模型，从而判断出哪些因素对振动的贡献最大。
2 振动测试
图2为现场实测得到的流浆箱处的振动瀑布图，测试范围是需关心的车速在700m/min至1000m/min，频率为0Hz至20Hz区间段。结果显示，大约在5Hz时流浆箱沿纸机方向出现第一阶振动幅值，该振动主要是由950/975mm辊子引起（可以由辊子直径与转速计算与瀑布图对比得到），振幅为4.5mm/s，超过了相关文献规定的许可值。
3 有限元分析
为了更好理解该纸机网部的振动，建立以梁单元与质量单元为主的有限元模型，如图3所示。它将用来判断激励主要来自哪几个辊子，也用来判断减小振动措施的有效性。
从图3与图4可以看出，有限元模型模态与自然频率与现场振动测试结果非常吻合，只是有限元分析的振动强度比测试结果小，为了使有限元结果达到测试结果的振动水平，将525/562mm及950/975mm几个辊子的不平衡力放大2到3倍，使得有限元模型振动水平与实际纸机情况一致，其实这也证明了这些辊子精度等级没有达标，需重新校正。
考虑到基础也影响纸机的振动，建模时将水泥基础也加入到有限元模型中。从图3可以看出，有限元模型沿纸机方向的一阶频率为5.2Hz。图4为网部流浆箱处的振动幅值与纸机车速的对应图，从图可以看出，在车速900m/min左右出现振动幅值，该幅值是由950/975mm的辊子引起的。
3.1仅辊子平衡
假设辊子校正后，则由辊子精度等级换算得到的最大不平衡力进行计算，得到合格辊子时应该的振动幅值，由图5可以看出，振动幅值，4.5mm/s降到2.1mm/s。振动强度下降了一半多，说明辊子不平衡是振动的主要原因。
3.2仅基础增强
为了探寻基础的影响，以在基础部分增加两面墙为例，说明基础对纸机的影响。由图6可以看出，网部的一阶频率由5.2Hz上升到7.8Hz。图7显示，振动幅值有之前的4.5mm/s降到3mm/s，共振已变为由525/562mm这两个辊子引起。
3.3以上两因素合并考虑
将辊子校正后及基础增强这两个因素同时考虑时，得到如图8所示的振动幅值与车速图。从图中可以看出，振动幅值已经下降到1.1Hz左右，达到标准规定的要求，说明了这两个措施是有效的。
4 结论
由以上分析，我们可以得出以下结论：
（1）一些辊子需要重新进行校正平衡，包括安装或本身的不平衡。（主要是直径为950/975mm辊子）
（2）网部的基础刚度太弱，需要加强网部的基础。（如在水泥柱之间砌墙）
5 结束语
本文结合实际现场情况，利用ansys软件，成功找出了纸机网部产生振动大的根源，并给出了指导性的意见，对生产实践有着十分重要的意义。（转）
