由于国产卧式振动离心机运行参数不稳定、加工处理物料的能力低，目前在选煤厂有着广泛应用的大型卧式振动离心脱水机依然主要依靠进口。为了研制大型的具有高可靠性和稳定性的卧式振动脱水机，提高我国洗、选煤加工的技术水平，需要开展卧式振动脱水机结构优化等方面的研究工作，分析影响脱水机工作性能的因素，寻求提高其整体工作稳定和使用寿命的途径。仿真研究工作可以加快新产品的研发速度并降低研究费用。对卧式振动脱水机的仿真研究工作通过分析卧式振动脱水机振动加工物料的基本原理，建立其有限元模型，对卧式振动脱水机进行模态分析，为其结构优化工作奠定基础。
1、离心脱水机工作的基本原理
卧式振动离心机工作原理，电动机固定在地基上，外壳通过橡胶弹簧安装在地基上，振动电机与外壳固接在一起，外壳与旋转主轴之间通过八个对称布置的橡胶弹簧联接。卧式振动离心机的工作过程分为离心脱水和振动卸料两个部分。电动机旋转，带动主动轮转动，通过三角带带动从动轮4并驱动旋转主轴转动，同时可进行减速;旋转主轴带动筛篮旋转，由入料管落入筛篮底部的物料在筛篮产生的离心力作用下进行分离，小于筛孔的物料透过筛篮，通过离心液出口排出，筛孔尺寸较小，筛下的大部分是离心液体。振动电机振动，设计中若振动电机频率与筛篮部件的固有频率相近，则离心机壳体等部件的动载荷很小，具有吸振器作用的筛篮产生同频率的水平方向振动。这样，内部的物料连续向筛篮大端运动，并落入出料口，实现固、液分离。所选用的卧式振动离心脱水机的生产能力:250～280t/h，工作倾角:15°，给料水份:16～28%，筛篮大端直径:1 480 mm，，筛缝:0．4 mm，筛篮稳定转速:320 rpm，振动电机的功率:4．0×2kW，振动电机的转速为1450 rpm;主电机的功率:45 kW，主电机转速:980 rpm。
2、卧式振动离心脱水机有限元仿真及模态分析
2．1卧式振动离心脱水机的有限元建模
在建立模型时，将盖、门简化等效到机壳上，振动体由外体、外壳与旋转主轴之间的橡胶弹簧、振动电机、机壳、外体下方弹簧、机壳下方弹簧等组成。
2．2卧式振动离心脱水机振动体的ANSYS力学仿真
在网格划分时，使用实体单元对模型实体进行网格划分。根据实际状态一级振动体机壳下方的弹簧为固定约束。
静态受力分析应力可知:最大应力在机壳侧，这主要是因为外体壁厚较大，刚度大，机壳壁厚较小，且直径较大造成的。为静态受力分析位移云，可知:此时外体和机壳发生整体位移，这主要是因为外体和机壳的刚度远远大于弹簧刚度，此时弹簧发生形变，因而可视为机壳和外体的刚体位移。这种情况也可以从的静态受力分析应变云图得到证实，可知:一级振动体的应变图主要反映的是弹簧的变形。所以，机壳两侧翼应力较大，实际工作在循环交变应力下，应该以疲劳极限作为极限应力分析，材料的持久极限可近似为:σ－1=0．5σb，这里，Q235－A的σb为375～450 Mpa，σ－1=0．50×375=187．5Mpa，综合考虑部件的外形、尺寸、表面质量对构件的影响，此时，σ－1=187．5÷2=93．75 Mpa，则安全系数为S=σ－1/σmax=93．75/20．25=4．63，在交变应力下，以疲劳极限作为极限应力时取［S］=1．3～1．5，视准确和可靠程度不同取［S］=1．5～2．1，在这两种情况下，S=4．63都可满足要求。
2．4振动体的模态分析
运用ANSYS有限元软件对卧式振动离心脱水机进行动力学仿真，得到的振动体前10阶振动模态分析结果。
可知:振动体的第一阶固有频率为2．058 Hz，第10阶固有频率为74．05 Hz，第五阶固有频率为21．98 Hz。由于振动电机稳定工作频率为24．17 Hz，所以在振动电机启动过程中将历经第一阶至第五阶固有频率，所以要进一步研究振动体的各阶振动模态。
第1阶振动模态，该阶为振动体的整体刚性轴向振动;第2阶振动模态，该阶为振动体沿与水平面垂直的轴扭动;第3阶振动模态，该阶为振动体沿主轴扭动;第4阶振动模态，该阶为振动体沿两电机组成的水平轴上下扭动;第5阶振动模态，该阶为振动体做整体规则的轴向水平直线往复运动;第6阶振动模态，该阶为振动体的左右摆动;第7阶振动模态，该阶为机壳右端面的摆动;第8阶振动模态;该阶为振动体沿主轴线的左右扭动，第9阶振动模态;该阶为机壳的扭动;第10阶振动模态，该阶为筛篮沿自身轴线上下扭动。
可知:当发生第5阶模态振动时，振动体整体相对于筛篮做规则的轴向水平直线往复运动，此时的第5阶固有频率为21．98 Hz与振动电机的工作频率24．17 Hz比较接近，但二者还存在一定差距，偏离共振点9．06%。在卧式振动离心脱水机的固有频率不变的情况下，应降低振动电机的工作频率，若振动电机的工作频率不变应增大离心机振动系统的第五阶固有频率，从而提高离心机的工作性能。通过对卧式振动离心脱水机的有限元仿真及振动模态分析得到的研究成果为离心机的结构参数的优化提供了依据，为开展卧式振动离心脱水机的动力学参数的优化设计和振动实验测试工作奠定了理论基础，具体的动力学实验测试工作有待进一步深入研究。
3、结论
(1)当振动体发生第五阶固有频率对应的模态振动时，振动体整体相对于筛篮做轴向水平直线往复运动，该运动产生对物料的分离作用;但是振动电机的稳定工作频率比第五阶固有频率低9．06%，为了使电动机振动频率更接近共振点，需要降低振动电机的工作频率或调整振动体振动的固有频率。
(2)对离心机部件进行等效处理后，由外体、橡胶弹簧、振动电机、机壳等组成的振动体共有10阶振动模态，振动电机的稳定工作频率略大于第五阶固有频率，振动电机在启动过程中会历经前5阶固有频率;
(3)最大应力点发生在机壳侧方，外体和机壳发生整体位移。当最大应力出现在机壳两侧时，在交变应力下，所设计的离心机强度满足要求;