回轉分級篩的動(dòng)力學(xué)仿真研究

2012年12月農機化研究第12期回轉分級篩的動(dòng)力學(xué)仿真研究袁銳2,孫宇,范文海2,武凱(1.南京理工大學(xué)機械工程博士后流動(dòng)站,南京210094;2.江蘇牧羊集團博士后工作站,江蘇揚州225127)摘要:為了了解回轉分級篩工作時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性,提高回轉分級篩設計的可靠性,采用Pno/E軟件,建立了回轉分級篩的三維實(shí)體模型,進(jìn)行了回轉分級篩的動(dòng)力學(xué)仿真研究得到了回轉分級篩工作過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)參數,并對仿真結果進(jìn)行了分析。結果表明:回轉分級篩工作時(shí)篩船的慣性力很大,通過(guò)配置平衡塊可以平衡篩船的慣性力,但只配置一個(gè)平衡塊不能做到慣性力全平衡,剩余的慣性力還較大,容易產(chǎn)生振動(dòng),影響回轉分級篩的平穩運行,為回轉分級篩的合理設計提供了參考依據。關(guān)鍵詞:回轉分級篩;動(dòng)力學(xué)仿真;Po/E中圖分類(lèi)號:S226.5;S126文獻標識碼:A文章編號:1003-188X(2012)120052-040引言裝置設有偏心裝置,因此篩船從進(jìn)料端到出料端的運動(dòng)軌跡由水平圓周運動(dòng)逐漸變成橢圓運動(dòng)最后變?yōu)闄C械產(chǎn)品的虛擬設計和動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)是改善近似往復直線(xiàn)運動(dòng),如圖2所示。物料從進(jìn)料口進(jìn)入與提高機械性能、克服設計的缺陷和不足的有效手篩船,在篩船進(jìn)料端圓周運動(dòng)作用下,迅速均勻地分段,有利于設計人員完成高效、高技術(shù)水平的設計,提布在整個(gè)篩面寬度上,并且產(chǎn)生自動(dòng)分級,從而使料高企業(yè)自主產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力和企業(yè)的競爭力?；剞D分層下面粒度較小的物料迅速過(guò)篩,上面粒度較大的物級篩是重要的分級設備之一,主要用于粉狀或顆粒飼料則沿著(zhù)篩船斜面向下端(即向出料端)運動(dòng)。驅動(dòng)料的篩選分級作業(yè),還可用于糧食、食品、采礦和化工裝置通過(guò)皮帶把電機的動(dòng)力轉化為篩船的動(dòng)力,并且等行業(yè)原料的篩選、中間產(chǎn)品或成品的分級,如果設裝有與篩船安裝方向相反的平衡塊,用來(lái)平衡篩船的計和使用不合理,則會(huì )出現異常振動(dòng)、部件易損壞等慣性力。問(wèn)題,影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。近年來(lái),隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展,研究人員在篩分機械上應用虛擬設計和動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)進(jìn)行研究,為篩分機械的合理設計和使用提供了參考依據。但目前,對于回轉分級篩的動(dòng)力學(xué)仿真研究方面還未見(jiàn)報道。本文對某型號的回轉分級篩進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真研究,直觀(guān)地了解了回轉分級篩的運動(dòng)特性,獲得了動(dòng)力學(xué)參數,為回轉分級篩提高性能和可靠性,提供了重要參考。1回轉分級篩結構與工作原理1.機座2.機架3.懸掛裝置4驅動(dòng)裝置5.進(jìn)料口6.篩船7.觀(guān)察孔8.支撐機構以某型號回轉分級篩為例,回轉分級篩由篩船、圖1回轉分級篩結構圖驅動(dòng)裝置和機座等部件構成(如圖1所示),主要結構Structure of rotary grading screen特點(diǎn)是皮帶傳動(dòng),單平衡塊配置,尾部彈性板支撐其工作原理是:動(dòng)力通過(guò)三角皮帶由電機傳給驅動(dòng)裝置,驅動(dòng)裝置再帶動(dòng)有一定斜度的篩船運動(dòng);驅動(dòng)船頭:o中國煤化工收稿日期:2012-01-04基金項目:江蘇省科技創(chuàng )新與成果轉化專(zhuān)項引導資金項目(2009105HCNMHG作者簡(jiǎn)介:袁銳(1967-),男,遼寧營(yíng)口人,高級工程師博士,(E圖2回轉分級篩篩面運動(dòng)軌跡mail)yuanrui0521@sina.comoFig 2 Trajectory of sieve plate of rotary grading screen522012年12月農機化研究第12期回轉分級篩的篩網(wǎng)下裝有彈性橡膠球。彈性橡膠3動(dòng)力學(xué)仿真結果分析球的不斷跳動(dòng)能有效地消除物料對篩孔的堵塞。篩分過(guò)程中的理想狀態(tài)是篩子沒(méi)有劇烈的振動(dòng)和垂直方向設置仿真終止時(shí)間為1s,進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,從動(dòng)力的跳動(dòng),這樣可使被篩物料始終緊貼篩面,始終處于自學(xué)仿真結果中可以了解篩船各點(diǎn)的位移、速度、加速動(dòng)分級狀態(tài),并使小于篩孔尺寸的顆粒隨時(shí)可以穿過(guò)度等參數以及各連接處的受力情況。篩面?？梢?jiàn),與一般的振動(dòng)篩不同,回轉分級篩的工作回轉分級篩工作時(shí),篩船的慣性力對性能、可靠過(guò)程中篩船不需要慣性力引起的擊振力來(lái)提高篩分效性和壽命等都有較大影響。在仿真結果中,通過(guò)測量率和防止篩孔堵塞,并通過(guò)安裝平衡塊來(lái)平衡篩船的篩船作用于偏心軸的連接反作用力,可以了解回轉分慣性力,達到減小或消除慣性力的目的。級篩工作時(shí)篩船的慣性力情況,篩船的橫向慣性力、2回轉分級篩的動(dòng)力學(xué)仿真模型縱向慣性力以及徑向慣性力如圖5、圖6和圖7所示。0000.00從回轉分級篩的結構看,篩船運動(dòng)產(chǎn)生的慣性力6000作用于機架,為了準確了解回轉分級篩動(dòng)力學(xué)特性,004000.00以機架為基礎,建立了簡(jiǎn)化的回轉分級篩動(dòng)力學(xué)仿真2000.00模型,如圖3所示。其中,篩船頭部與偏心軸之間是-2000.00銷(xiāo)釘連接電機主軸與電機之間是銷(xiāo)釘連接,平衡塊6000.00結構如圖4所示。上下二孔分別連接偏心軸和電機8000.00主軸;篩船尾部是彈性板支撐,由于彈性板在縱向方00.200.400.600.801.00寸間/s向上剛度很小,主要起到支撐篩船的作用。經(jīng)過(guò)對回圖5篩船的橫向慣性力轉分級篩工作時(shí)篩船尾部中點(diǎn)軌跡的測量發(fā)現,篩船Fig 5 Transverse inertial force screen尾部的中點(diǎn)近似直線(xiàn)運動(dòng)因此仿真模型中篩船的尾25000.00部與支撐件之間用一個(gè)銷(xiāo)釘連接加上一個(gè)圓柱連接;20000.0015000.00伺服電機的連接軸為模型中的電機主軸,速度為常10000.00數。按某型號回轉分級篩的實(shí)際參數,設置伺服電5000機的連接軸為回轉分級篩的主軸,速度為1-50000000.00200°,偏心距為0.045m,篩船質(zhì)量1200kg15000.0020000.00-25000.00時(shí)間/s圖6篩船的縱向慣性力Fig 6 Longitudinal inertial force of screen24000007圖3回轉分級篩動(dòng)力學(xué)仿真模型Fig3 Dynamics simulation model of rotary grading screen1600008000.000.200.400.600圖7篩船的徑向慣性力中國煤化工owen從圖CNMHG的橫向慣性力、縱向圖4平衡塊慣性力以及徑向慣性力呈現周期性變化,橫向慣性力Fig 4 Balance block最大值為9397N,縱向慣性力的最大值為23561N,縱532012年12月農機化研究第12期向慣性力最大值遠大于橫向慣性力最大值,并且徑向驗研究。由于平衡塊和篩船的轉速相同,經(jīng)計算,篩船慣性力也較大,在9397-23561N之間。因此,回轉的質(zhì)徑積為54kg·m,因此在0-54kg·m范圍內,每分級篩需要配置平衡塊來(lái)平衡篩船的慣性力保證運次將平衡塊的質(zhì)徑積增加3kg·m,進(jìn)行仿真試驗,考行的平穩性察隨著(zhù)偏心塊的質(zhì)徑積的增加,作用于機架的橫向慣以本型號回轉分級篩原來(lái)配置的平衡塊為例,其性力縱向慣性力和徑向慣性力最大值的變化情況,結質(zhì)徑積為21.4kg·m。仿真模型中配置此平衡塊后,果如圖11、圖12和圖13所示。作用于機架的慣性力如圖8、圖9和圖10所示。從圖8~圖10可以看出:橫向慣性力、縱向慣性力以及徑12500向慣性力都有所降低,特別是橫向的慣性力接近于0縱向慣性力從23561N降到13981N,徑向慣性力在010000~13981N之間變化。20.0020平衡塊質(zhì)徑積/kg·m圖11作用于機架的橫向慣性力最大值變化Fig. 11 Change of maximum of transverse inertial force on frame0000圖8配置平衡塊時(shí)作用于機架的橫向慣性力Fig 8 Transverse inertial force on frame with Balance block1000015000.0010000.005000平衡塊質(zhì)徑積/kg·m圖12作用于機架的縱向慣性力最大值變化10000.00Fig. 12 Change of maximum of longitudinal inertial force on frame0.200.400.600.801.005000圖9配置平衡塊時(shí)作用于機架的縱向慣性力Fig 9 Longitudinal inertial force on frame with Balance block15000000平衡塊質(zhì)徑積/k2000.00圖13作用于機架的徑向慣性力最大值變化Fig 13 Change of maximum of radial inertial force on frame從上而的仿直試驗結里可以看出:平衡塊質(zhì)徑積圖10配置平衡塊時(shí)作用于機架的徑向慣性力在0中國煤化生力的最大值隨著(zhù)平Fig 10 Radial inertial force on frame with Balance block衡塊的CNMHG增大,在平衡塊質(zhì)徑為了全面了解平衡塊配置對作用于機架的慣性力積21kg·m時(shí)最小;縱向慣性力的最大值隨著(zhù)平衡塊的影響,在動(dòng)力學(xué)仿真模型中還進(jìn)行了系統的仿真試的質(zhì)徑積的增加而減小,近似于線(xiàn)性變化,在質(zhì)徑積542012年12月農機化研究第12期54kg·m時(shí)最小;徑向慣性力最大值隨著(zhù)平衡塊質(zhì)徑分級篩慣性力的全平衡,才能從根本上解決問(wèn)題。積的增加先減小后增大,在平衡塊質(zhì)徑積39kg·m時(shí)最小,為7593N。4結束語(yǔ)配置平衡塊可以平衡篩船的慣性力。由于使篩采用Po/E軟件建立了回轉分級篩的實(shí)體模型船的橫向慣性力全部平衡的平衡塊的質(zhì)徑積與使篩并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真研究。仿真結果表明,回轉分級船的縱向慣性力全部平衡的平衡塊的質(zhì)徑積在數值篩工作時(shí),篩船的慣性力很大,通過(guò)配置平衡塊可以上有較大差異,為了使回轉分級篩工作時(shí)篩船的慣性平衡篩船的慣性力。目前廣泛使用的回轉分級篩只力全平衡,即橫向慣性力和縱向慣性力同時(shí)全部平配置一個(gè)平衡塊,不能做到慣性力全平衡,剩余的慣衡、徑向慣性力接近于0,需要平衡塊提供變化的慣性性力還較大,容易產(chǎn)生振動(dòng),影響回轉分級篩的平穩力來(lái)平衡它們。老式的回轉分級篩帶有主輔兩個(gè)平運行,如何在配置單平衡塊情況下達到回轉分級篩慣衡塊,主輔平衡塊是以相同速度、相反方向轉動(dòng)的。性力的全平衡,有待進(jìn)一步研究。它提供了變化的慣性力,可以使篩船在運動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)參考文獻生的慣性力在其整個(gè)行程的每一位置都得到了平衡,但是由于其需要使用螺旋傘齒輪傳動(dòng)結構復雜,其1霍鵬飛楊潔明,任錫義等基于Pm/E和 ADAMS的直線(xiàn)振動(dòng)篩動(dòng)力學(xué)仿真[J].煤礦機電,2010(3):14-17加工和裝配要求較高,使用中容易漏油,維修也很困難,即使慣性力平衡效果很好,目前也很少使用,逐漸2沈有柏李耀明,趙湛等,顆粒物料在三自由度振動(dòng)篩面上的運動(dòng)仿真[J].農機化研究,2010,32(2):21-23被皮帶傳動(dòng)和單平衡塊結構所取代。本研究采用的3]張立,仲梁維直線(xiàn)振動(dòng)篩的動(dòng)力學(xué)和疲勞分析[,上海某型號回轉分級篩為皮帶傳動(dòng)和單平衡塊結構。目理工大學(xué)學(xué)報,2009,31(3):299-302前,此類(lèi)廣泛使用的回轉分級篩雖然具有結構簡(jiǎn)單、[4]邱明,廖振強,樊黎霞,等.高方平篩動(dòng)力學(xué)建模與有限元維修方便以及沒(méi)有漏油污染的優(yōu)點(diǎn),但是篩船的慣性仿真[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,32(4):力是不能全部平衡的,篩船的慣性力經(jīng)過(guò)平衡塊平衡487-491后,還有一定比例的剩余慣性力,如果平衡塊配置不[5]徐梓斌閔劍青慣性振動(dòng)篩機構動(dòng)力學(xué)分析[]煤礦機合理,剩余慣性力更大。這種回轉分級篩在使用中出械,2007,28(5):52-54現的振動(dòng)大、不規則振動(dòng)、部件斷裂和開(kāi)裂等問(wèn)題影6]許靜,陳平錄谷物橫向振動(dòng)平面清選篩動(dòng)力學(xué)仿真分析響了生產(chǎn),造成了安全隱患,篩船的慣性力不能全部[J].農機化研究,2007(2):4-46.平衡和剩余慣性力較大可能是產(chǎn)生這些問(wèn)題的主要7張楠,俊曉林劉樹(shù)英等基于虛擬樣機技術(shù)的節肢振動(dòng)篩動(dòng)力學(xué)仿真[J].機械與電子,2007(9):24-26原因,只有研究出一種結構簡(jiǎn)單、沒(méi)有漏油污染的單8]朱維兵,晏靜江虛擬樣機技術(shù)在振動(dòng)篩動(dòng)力學(xué)分析中的平衡塊裝置,并且能提供變化的慣性力,來(lái)達到回轉應用[J].鉆采工藝,2005,28(3):77-79Dynamic Simulation Study of the Rotary Grading ScreenYuan Rui,2 Sun Yu. Fan Wenhai, Wu Kail(1. Postdoctoral Research Station of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing210094, China; 2. Postdoctoral Workstation, Jiangsu Muyang Group, Yangzhou 225 127, China)Abstract: In order to investigate the dynamic characteristics of rotary grading screen at work and improve the reliability ofthe rotary grading screen, 3 D entity model of the rotary grading screen was established using Pro/E, and dynamic simula-tion of rotary grading screen was implemented, the dynamics parameters of the rotary grading screen at work were ob-ained, and the simulation results was analyzed. The results showed that inertia forces of screen are large at work, and itcan be balanced by balance block, but it cant be fully balanced by one balance block, residual Inertia forces of screen islarge still, it can cause vibration and influence stable running of the rotary grading screen. This method provides areference for the reasonable design of rotary grading screen中國煤化工Key words: rotary grading screen; dynamics simulation; Pro/ECNMHG