回转分级筛的动力学仿真研究

2012年12月农机化研究第12期回转分级筛的动力学仿真研究袁锐2,孙宇,范文海2,武凯(1.南京理工大学机械工程博士后流动站,南京210094;2.江苏牧羊集团博士后工作站,江苏扬州225127)摘要:为了了解回转分级筛工作时的动力学特性,提高回转分级筛设计的可靠性,采用Pno/E软件,建立了回转分级筛的三维实体模型,进行了回转分级筛的动力学仿真研究得到了回转分级筛工作过程中的动力学参数,并对仿真结果进行了分析。结果表明:回转分级筛工作时筛船的惯性力很大,通过配置平衡块可以平衡筛船的惯性力,但只配置一个平衡块不能做到惯性力全平衡,剩余的惯性力还较大,容易产生振动,影响回转分级筛的平稳运行,为回转分级筛的合理设计提供了参考依据。关键词:回转分级筛;动力学仿真;Po/E中图分类号:S226.5;S126文献标识码:A文章编号:1003-188X(2012)120052-040引言装置设有偏心装置,因此筛船从进料端到出料端的运动轨迹由水平圆周运动逐渐变成椭圆运动最后变为机械产品的虚拟设计和动力学仿真技术是改善近似往复直线运动,如图2所示。物料从进料口进入与提高机械性能、克服设计的缺陷和不足的有效手筛船,在筛船进料端圆周运动作用下,迅速均匀地分段,有利于设计人员完成高效、高技术水平的设计,提布在整个筛面宽度上,并且产生自动分级,从而使料高企业自主产品开发能力和企业的竞争力。回转分层下面粒度较小的物料迅速过筛,上面粒度较大的物级筛是重要的分级设备之一,主要用于粉状或颗粒饲料则沿着筛船斜面向下端(即向出料端)运动。驱动料的筛选分级作业,还可用于粮食、食品、采矿和化工装置通过皮带把电机的动力转化为筛船的动力,并且等行业原料的筛选、中间产品或成品的分级,如果设装有与筛船安装方向相反的平衡块,用来平衡筛船的计和使用不合理,则会出现异常振动、部件易损坏等惯性力。问题,影响生产的正常进行。近年来,随着计算机技术的发展,研究人员在筛分机械上应用虚拟设计和动力学仿真技术进行研究,为筛分机械的合理设计和使用提供了参考依据。但目前,对于回转分级筛的动力学仿真研究方面还未见报道。本文对某型号的回转分级筛进行了动力学仿真研究,直观地了解了回转分级筛的运动特性,获得了动力学参数,为回转分级筛提高性能和可靠性,提供了重要参考。1回转分级筛结构与工作原理1.机座2.机架3.悬挂装置4驱动装置5.进料口6.筛船7.观察孔8.支撑机构以某型号回转分级筛为例,回转分级筛由筛船、图1回转分级筛结构图驱动装置和机座等部件构成(如图1所示),主要结构Structure of rotary grading screen特点是皮带传动,单平衡块配置,尾部弹性板支撑其工作原理是:动力通过三角皮带由电机传给驱动装置,驱动装置再带动有一定斜度的筛船运动;驱动船头:o中国煤化工收稿日期:2012-01-04基金项目:江苏省科技创新与成果转化专项引导资金项目(2009105HCNMHG作者简介:袁锐(1967-),男,辽宁营口人,高级工程师博士,(E图2回转分级筛筛面运动轨迹mail)yuanrui0521@sina.comoFig 2 Trajectory of sieve plate of rotary grading screen522012年12月农机化研究第12期回转分级筛的筛网下装有弹性橡胶球。弹性橡胶3动力学仿真结果分析球的不断跳动能有效地消除物料对筛孔的堵塞。筛分过程中的理想状态是筛子没有剧烈的振动和垂直方向设置仿真终止时间为1s,进行动态分析,从动力的跳动,这样可使被筛物料始终紧贴筛面,始终处于自学仿真结果中可以了解筛船各点的位移、速度、加速动分级状态,并使小于筛孔尺寸的颗粒随时可以穿过度等参数以及各连接处的受力情况。筛面。可见,与一般的振动筛不同,回转分级筛的工作回转分级筛工作时,筛船的惯性力对性能、可靠过程中筛船不需要惯性力引起的击振力来提高筛分效性和寿命等都有较大影响。在仿真结果中,通过测量率和防止筛孔堵塞,并通过安装平衡块来平衡筛船的筛船作用于偏心轴的连接反作用力,可以了解回转分惯性力,达到减小或消除惯性力的目的。级筛工作时筛船的惯性力情况,筛船的横向惯性力、2回转分级筛的动力学仿真模型纵向惯性力以及径向惯性力如图5、图6和图7所示。0000.00从回转分级筛的结构看,筛船运动产生的惯性力6000作用于机架,为了准确了解回转分级筛动力学特性,004000.00以机架为基础,建立了简化的回转分级筛动力学仿真2000.00模型,如图3所示。其中,筛船头部与偏心轴之间是-2000.00销钉连接电机主轴与电机之间是销钉连接,平衡块6000.00结构如图4所示。上下二孔分别连接偏心轴和电机8000.00主轴;筛船尾部是弹性板支撑,由于弹性板在纵向方00.200.400.600.801.00寸间/s向上刚度很小,主要起到支撑筛船的作用。经过对回图5筛船的横向惯性力转分级筛工作时筛船尾部中点轨迹的测量发现,筛船Fig 5 Transverse inertial force screen尾部的中点近似直线运动因此仿真模型中筛船的尾25000.00部与支撑件之间用一个销钉连接加上一个圆柱连接;20000.0015000.00伺服电机的连接轴为模型中的电机主轴,速度为常10000.00数。按某型号回转分级筛的实际参数,设置伺服电5000机的连接轴为回转分级筛的主轴,速度为1-50000000.00200°,偏心距为0.045m,筛船质量1200kg15000.0020000.00-25000.00时间/s图6筛船的纵向惯性力Fig 6 Longitudinal inertial force of screen24000007图3回转分级筛动力学仿真模型Fig3 Dynamics simulation model of rotary grading screen1600008000.000.200.400.600图7筛船的径向惯性力中国煤化工owen从图CNMHG的横向惯性力、纵向图4平衡块惯性力以及径向惯性力呈现周期性变化,横向惯性力Fig 4 Balance block最大值为9397N,纵向惯性力的最大值为23561N,纵532012年12月农机化研究第12期向惯性力最大值远大于横向惯性力最大值,并且径向验研究。由于平衡块和筛船的转速相同,经计算,筛船惯性力也较大,在9397-23561N之间。因此,回转的质径积为54kg·m,因此在0-54kg·m范围内,每分级筛需要配置平衡块来平衡筛船的惯性力保证运次将平衡块的质径积增加3kg·m,进行仿真试验,考行的平稳性察随着偏心块的质径积的增加,作用于机架的横向惯以本型号回转分级筛原来配置的平衡块为例,其性力纵向惯性力和径向惯性力最大值的变化情况,结质径积为21.4kg·m。仿真模型中配置此平衡块后,果如图11、图12和图13所示。作用于机架的惯性力如图8、图9和图10所示。从图8~图10可以看出:横向惯性力、纵向惯性力以及径12500向惯性力都有所降低,特别是横向的惯性力接近于0纵向惯性力从23561N降到13981N,径向惯性力在010000~13981N之间变化。20.0020平衡块质径积/kg·m图11作用于机架的横向惯性力最大值变化Fig. 11 Change of maximum of transverse inertial force on frame0000图8配置平衡块时作用于机架的横向惯性力Fig 8 Transverse inertial force on frame with Balance block1000015000.0010000.005000平衡块质径积/kg·m图12作用于机架的纵向惯性力最大值变化10000.00Fig. 12 Change of maximum of longitudinal inertial force on frame0.200.400.600.801.005000图9配置平衡块时作用于机架的纵向惯性力Fig 9 Longitudinal inertial force on frame with Balance block15000000平衡块质径积/k2000.00图13作用于机架的径向惯性力最大值变化Fig 13 Change of maximum of radial inertial force on frame从上而的仿直试验结里可以看出:平衡块质径积图10配置平衡块时作用于机架的径向惯性力在0中国煤化生力的最大值随着平Fig 10 Radial inertial force on frame with Balance block衡块的CNMHG增大,在平衡块质径为了全面了解平衡块配置对作用于机架的惯性力积21kg·m时最小;纵向惯性力的最大值随着平衡块的影响,在动力学仿真模型中还进行了系统的仿真试的质径积的增加而减小,近似于线性变化,在质径积542012年12月农机化研究第12期54kg·m时最小;径向惯性力最大值随着平衡块质径分级筛惯性力的全平衡,才能从根本上解决问题。积的增加先减小后增大,在平衡块质径积39kg·m时最小,为7593N。4结束语配置平衡块可以平衡筛船的惯性力。由于使筛采用Po/E软件建立了回转分级筛的实体模型船的横向惯性力全部平衡的平衡块的质径积与使筛并进行了动力学仿真研究。仿真结果表明,回转分级船的纵向惯性力全部平衡的平衡块的质径积在数值筛工作时,筛船的惯性力很大,通过配置平衡块可以上有较大差异,为了使回转分级筛工作时筛船的惯性平衡筛船的惯性力。目前广泛使用的回转分级筛只力全平衡,即横向惯性力和纵向惯性力同时全部平配置一个平衡块,不能做到惯性力全平衡,剩余的惯衡、径向惯性力接近于0,需要平衡块提供变化的惯性性力还较大,容易产生振动,影响回转分级筛的平稳力来平衡它们。老式的回转分级筛带有主辅两个平运行,如何在配置单平衡块情况下达到回转分级筛惯衡块,主辅平衡块是以相同速度、相反方向转动的。性力的全平衡,有待进一步研究。它提供了变化的惯性力,可以使筛船在运动过程中产参考文献生的惯性力在其整个行程的每一位置都得到了平衡,但是由于其需要使用螺旋伞齿轮传动结构复杂,其1霍鹏飞杨洁明,任锡义等基于Pm/E和 ADAMS的直线振动筛动力学仿真[J].煤矿机电,2010(3):14-17加工和装配要求较高,使用中容易漏油,维修也很困难,即使惯性力平衡效果很好,目前也很少使用,逐渐2沈有柏李耀明,赵湛等,颗粒物料在三自由度振动筛面上的运动仿真[J].农机化研究,2010,32(2):21-23被皮带传动和单平衡块结构所取代。本研究采用的3]张立,仲梁维直线振动筛的动力学和疲劳分析[,上海某型号回转分级筛为皮带传动和单平衡块结构。目理工大学学报,2009,31(3):299-302前,此类广泛使用的回转分级筛虽然具有结构简单、[4]邱明,廖振强,樊黎霞,等.高方平筛动力学建模与有限元维修方便以及没有漏油污染的优点,但是筛船的惯性仿真[J].南京理工大学学报(自然科学版),2008,32(4):力是不能全部平衡的,筛船的惯性力经过平衡块平衡487-491后,还有一定比例的剩余惯性力,如果平衡块配置不[5]徐梓斌闵剑青惯性振动筛机构动力学分析[]煤矿机合理,剩余惯性力更大。这种回转分级筛在使用中出械,2007,28(5):52-54现的振动大、不规则振动、部件断裂和开裂等问题影6]许静,陈平录谷物横向振动平面清选筛动力学仿真分析响了生产,造成了安全隐患,筛船的惯性力不能全部[J].农机化研究,2007(2):4-46.平衡和剩余惯性力较大可能是产生这些问题的主要7张楠,俊晓林刘树英等基于虚拟样机技术的节肢振动筛动力学仿真[J].机械与电子,2007(9):24-26原因,只有研究出一种结构简单、没有漏油污染的单8]朱维兵,晏静江虚拟样机技术在振动筛动力学分析中的平衡块装置,并且能提供变化的惯性力,来达到回转应用[J].钻采工艺,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中国煤化工Key words: rotary grading screen; dynamics simulation; Pro/ECNMHG