2012年12月農(nóng)機化研究第12期回轉(zhuǎn)分級篩的動力學(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(zhuǎn)分級篩工作時的動力學(xué)特性,提高回轉(zhuǎn)分級篩設(shè)計的可靠性,采用Pno/E軟件,建立了回轉(zhuǎn)分級篩的三維實體模型,進行了回轉(zhuǎn)分級篩的動力學(xué)仿真研究得到了回轉(zhuǎn)分級篩工作過程中的動力學(xué)參數(shù),并對仿真結(jié)果進行了分析。結(jié)果表明:回轉(zhuǎn)分級篩工作時篩船的慣性力很大,通過配置平衡塊可以平衡篩船的慣性力,但只配置一個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,影響回轉(zhuǎn)分級篩的平穩(wěn)運行,為回轉(zhuǎn)分級篩的合理設(shè)計提供了參考依據(jù)。關(guān)鍵詞:回轉(zhuǎn)分級篩;動力學(xué)仿真;Po/E中圖分類號:S226.5;S126文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1003-188X(2012)120052-040引言裝置設(shè)有偏心裝置,因此篩船從進料端到出料端的運動軌跡由水平圓周運動逐漸變成橢圓運動最后變?yōu)闄C械產(chǎn)品的虛擬設(shè)計和動力學(xué)仿真技術(shù)是改善近似往復(fù)直線運動,如圖2所示。物料從進料口進入與提高機械性能、克服設(shè)計的缺陷和不足的有效手篩船,在篩船進料端圓周運動作用下,迅速均勻地分段,有利于設(shè)計人員完成高效、高技術(shù)水平的設(shè)計,提布在整個篩面寬度上,并且產(chǎn)生自動分級,從而使料高企業(yè)自主產(chǎn)品開發(fā)能力和企業(yè)的競爭力?；剞D(zhuǎn)分層下面粒度較小的物料迅速過篩,上面粒度較大的物級篩是重要的分級設(shè)備之一,主要用于粉狀或顆粒飼料則沿著篩船斜面向下端(即向出料端)運動。驅(qū)動料的篩選分級作業(yè),還可用于糧食、食品、采礦和化工裝置通過皮帶把電機的動力轉(zhuǎn)化為篩船的動力,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(shè)裝有與篩船安裝方向相反的平衡塊,用來平衡篩船的計和使用不合理,則會出現(xiàn)異常振動、部件易損壞等慣性力。問題,影響生產(chǎn)的正常進行。近年來,隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,研究人員在篩分機械上應(yīng)用虛擬設(shè)計和動力學(xué)仿真技術(shù)進行研究,為篩分機械的合理設(shè)計和使用提供了參考依據(jù)。但目前,對于回轉(zhuǎn)分級篩的動力學(xué)仿真研究方面還未見報道。本文對某型號的回轉(zhuǎn)分級篩進行了動力學(xué)仿真研究,直觀地了解了回轉(zhuǎn)分級篩的運動特性,獲得了動力學(xué)參數(shù),為回轉(zhuǎn)分級篩提高性能和可靠性,提供了重要參考。1回轉(zhuǎn)分級篩結(jié)構(gòu)與工作原理1.機座2.機架3.懸掛裝置4驅(qū)動裝置5.進料口6.篩船7.觀察孔8.支撐機構(gòu)以某型號回轉(zhuǎn)分級篩為例,回轉(zhuǎn)分級篩由篩船、圖1回轉(zhuǎn)分級篩結(jié)構(gòu)圖驅(qū)動裝置和機座等部件構(gòu)成(如圖1所示),主要結(jié)構(gòu)Structure of rotary grading screen特點是皮帶傳動,單平衡塊配置,尾部彈性板支撐其工作原理是:動力通過三角皮帶由電機傳給驅(qū)動裝置,驅(qū)動裝置再帶動有一定斜度的篩船運動;驅(qū)動船頭: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(zhuǎn)化專項引導(dǎo)資金項目(2009105HCNMHG作者簡介:袁銳(1967-),男,遼寧營口人,高級工程師博士,(E圖2回轉(zhuǎn)分級篩篩面運動軌跡mail)yuanrui0521@sina.comoFig 2 Trajectory of sieve plate of rotary grading screen522012年12月農(nóng)機化研究第12期回轉(zhuǎn)分級篩的篩網(wǎng)下裝有彈性橡膠球。彈性橡膠3動力學(xué)仿真結(jié)果分析球的不斷跳動能有效地消除物料對篩孔的堵塞。篩分過程中的理想狀態(tài)是篩子沒有劇烈的振動和垂直方向設(shè)置仿真終止時間為1s,進行動態(tài)分析,從動力的跳動,這樣可使被篩物料始終緊貼篩面,始終處于自學(xué)仿真結(jié)果中可以了解篩船各點的位移、速度、加速動分級狀態(tài),并使小于篩孔尺寸的顆粒隨時可以穿過度等參數(shù)以及各連接處的受力情況。篩面?？梢?與一般的振動篩不同,回轉(zhuǎn)分級篩的工作回轉(zhuǎn)分級篩工作時,篩船的慣性力對性能、可靠過程中篩船不需要慣性力引起的擊振力來提高篩分效性和壽命等都有較大影響。在仿真結(jié)果中,通過測量率和防止篩孔堵塞,并通過安裝平衡塊來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(zhuǎn)分慣性力,達到減小或消除慣性力的目的。級篩工作時篩船的慣性力情況,篩船的橫向慣性力、2回轉(zhuǎn)分級篩的動力學(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(zhuǎn)分級篩的結(jié)構(gòu)看,篩船運動產(chǎn)生的慣性力6000作用于機架,為了準(zhǔn)確了解回轉(zhuǎn)分級篩動力學(xué)特性,004000.00以機架為基礎(chǔ),建立了簡化的回轉(zhuǎn)分級篩動力學(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銷釘連接電機主軸與電機之間是銷釘連接,平衡塊6000.00結(jié)構(gòu)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)過對回圖5篩船的橫向慣性力轉(zhuǎn)分級篩工作時篩船尾部中點軌跡的測量發(fā)現(xiàn),篩船F(xiàn)ig 5 Transverse inertial force screen尾部的中點近似直線運動因此仿真模型中篩船的尾25000.00部與支撐件之間用一個銷釘連接加上一個圓柱連接;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(shù)。按某型號回轉(zhuǎn)分級篩的實際參數(shù),設(shè)置伺服電5000機的連接軸為回轉(zhuǎn)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時間/s圖6篩船的縱向慣性力Fig 6 Longitudinal inertial force of screen24000007圖3回轉(zhuǎn)分級篩動力學(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(xiàn)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(nóng)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(zhuǎn)速相同,經(jīng)計算,篩船慣性力也較大,在9397-23561N之間。因此,回轉(zhuǎn)的質(zhì)徑積為54kg·m,因此在0-54kg·m范圍內(nèi),每分級篩需要配置平衡塊來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,進行仿真試驗,考行的平穩(wěn)性察隨著偏心塊的質(zhì)徑積的增加,作用于機架的橫向慣以本型號回轉(zhuǎn)分級篩原來配置的平衡塊為例,其性力縱向慣性力和徑向慣性力最大值的變化情況,結(jié)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(jié)里可以看出:平衡塊質(zhì)徑積圖10配置平衡塊時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時最小;縱向慣性力的最大值隨著平衡塊的影響,在動力學(xué)仿真模型中還進行了系統(tǒng)的仿真試的質(zhì)徑積的增加而減小,近似于線性變化,在質(zhì)徑積542012年12月農(nóng)機化研究第12期54kg·m時最小;徑向慣性力最大值隨著平衡塊質(zhì)徑分級篩慣性力的全平衡,才能從根本上解決問題。積的增加先減小后增大,在平衡塊質(zhì)徑積39kg·m時最小,為7593N。4結(jié)束語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(zhuǎn)分級篩的實體模型船的橫向慣性力全部平衡的平衡塊的質(zhì)徑積與使篩并進行了動力學(xué)仿真研究。仿真結(jié)果表明,回轉(zhuǎn)分級船的縱向慣性力全部平衡的平衡塊的質(zhì)徑積在數(shù)值篩工作時,篩船的慣性力很大,通過配置平衡塊可以上有較大差異,為了使回轉(zhuǎn)分級篩工作時篩船的慣性平衡篩船的慣性力。目前廣泛使用的回轉(zhuǎn)分級篩只力全平衡,即橫向慣性力和縱向慣性力同時全部平配置一個平衡塊,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,影響回轉(zhuǎn)分級篩的平穩(wěn)力來平衡它們。老式的回轉(zhuǎn)分級篩帶有主輔兩個平運行,如何在配置單平衡塊情況下達到回轉(zhuǎn)分級篩慣衡塊,主輔平衡塊是以相同速度、相反方向轉(zhuǎn)動的。性力的全平衡,有待進一步研究。它提供了變化的慣性力,可以使篩船在運動過程中產(chǎn)參考文獻生的慣性力在其整個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結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其1霍鵬飛楊潔明,任錫義等基于Pm/E和 ADAMS的直線振動篩動力學(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篩面上的運動仿真[J].農(nóng)機化研究,2010,32(2):21-23被皮帶傳動和單平衡塊結(jié)構(gòu)所取代。本研究采用的3]張立,仲梁維直線振動篩的動力學(xué)和疲勞分析[,上海某型號回轉(zhuǎn)分級篩為皮帶傳動和單平衡塊結(jié)構(gòu)。目理工大學(xué)學(xué)報,2009,31(3):299-302前,此類廣泛使用的回轉(zhuǎn)分級篩雖然具有結(jié)構(gòu)簡單、[4]邱明,廖振強,樊黎霞,等.高方平篩動力學(xué)建模與有限元維修方便以及沒有漏油污染的優(yōu)點,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篩機構(gòu)動力學(xué)分析[]煤礦機合理,剩余慣性力更大。這種回轉(zhuǎn)分級篩在使用中出械,2007,28(5):52-54現(xiàn)的振動大、不規(guī)則振動、部件斷裂和開裂等問題影6]許靜,陳平錄谷物橫向振動平面清選篩動力學(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(nóng)機化研究,2007(2):4-46.平衡和剩余慣性力較大可能是產(chǎn)生這些問題的主要7張楠,俊曉林劉樹英等基于虛擬樣機技術(shù)的節(jié)肢振動篩動力學(xué)仿真[J].機械與電子,2007(9):24-26原因,只有研究出一種結(jié)構(gòu)簡單、沒有漏油污染的單8]朱維兵,晏靜江虛擬樣機技術(shù)在振動篩動力學(xué)分析中的平衡塊裝置,并且能提供變化的慣性力,來達到回轉(zhuǎn)應(yīng)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