夏 力，馬志好

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

偏心塊質(zhì)量差異對(duì)直線振動(dòng)篩性能的影響

夏 力1,2，馬志好1,2

(1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

為探索偏心塊質(zhì)量差異對(duì)直線振動(dòng)篩性能的影響程度，以ZK24525直線振動(dòng)篩為研究對(duì)象，通過(guò)PRO/E建立該篩機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，并利用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析。仿真結(jié)果表明：振動(dòng)器兩軸上偏心塊較小的質(zhì)量差異(≤0.30 kg)對(duì)直線振動(dòng)篩的振動(dòng)有一定影響，但不會(huì)影響整機(jī)性能。

直線振動(dòng)篩；虛擬樣機(jī)技術(shù)；動(dòng)力學(xué)仿真；偏心塊質(zhì)量；影響因素

直線振動(dòng)篩由振動(dòng)器、篩箱、彈性元件等組成，振動(dòng)器兩軸上的偏心塊質(zhì)量和偏心距均相等[1-4]。當(dāng)兩振動(dòng)器作同步反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其受到的離心力大小相等，方向相反；此時(shí)，沿振動(dòng)方向產(chǎn)生簡(jiǎn)諧力，簡(jiǎn)諧力的大小為兩軸偏心塊質(zhì)量產(chǎn)生的離心力之和，該力通過(guò)篩箱的質(zhì)心使其做定向往復(fù)直線振動(dòng)[5-7]。

直線振動(dòng)篩工作過(guò)程中存在同型號(hào)的不同篩機(jī)振動(dòng)情況明顯不同的問題，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)篩機(jī)橫向振動(dòng)較大的情況[8]。偏心塊作為振動(dòng)器的關(guān)鍵零部件，對(duì)篩機(jī)的振動(dòng)情況有重要影響。鑄造、加工成形后，同臺(tái)篩機(jī)的偏心塊質(zhì)量存在一定差異。為探索這種質(zhì)量差異對(duì)直線振動(dòng)篩性能的影響程度，以中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司的ZK24525直線振動(dòng)篩為研究對(duì)象，利用PRO/E建立該篩機(jī)的三維模型，并通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析。通過(guò)改變兩偏心塊的質(zhì)量，分析質(zhì)量差異對(duì)直線振動(dòng)篩性能的影響。

1 模型的建立

1.1 建模依據(jù)

ZK24525直線振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：篩機(jī)質(zhì)量為5 126 kg,篩面尺寸為5.25 m×2.4 m,彈簧剛度為300 kg/cm，工作頻率為16 Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速為960 r/min。

依據(jù)直線振動(dòng)篩的實(shí)際尺寸建立篩機(jī)模型，在建模過(guò)程中通過(guò)施加約束來(lái)限制和定義機(jī)械系統(tǒng)中各零部件的連接方式和相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式。將偏心塊設(shè)置為轉(zhuǎn)動(dòng)連接，其余部位均設(shè)置成剛性連接；將剛度大、質(zhì)量小的隔振彈簧簡(jiǎn)化成無(wú)質(zhì)量的彈簧剛度，并將其內(nèi)部阻尼簡(jiǎn)化成等效線性阻尼[9-10]。

1.2 仿真分析模型的建立

利用PRO/E建立ZK24525直線振動(dòng)篩的三維模型，如圖1所示。為研究該篩機(jī)不同位置的運(yùn)動(dòng)情況，在其出料端至入料端的側(cè)板上依次選取3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別標(biāo)記為1、2、3。其中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)2位于振動(dòng)篩激振力方向上，監(jiān)測(cè)點(diǎn)1和3分別距出料端和入料端各200 mm。偏心塊位置標(biāo)記為A。

圖1 ZK24525直線振動(dòng)篩的三維模型

利用PRO/E的Mechanism機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析模塊，在建立的三維模型中添加約束和運(yùn)動(dòng)，施加載荷，得到系統(tǒng)的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型。為建立的模型設(shè)置仿真分析參數(shù)，再進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。兩振動(dòng)器軸間設(shè)置1∶1的齒輪傳動(dòng)連接，保證其做相向轉(zhuǎn)動(dòng)，且速度相同；在下側(cè)的振動(dòng)器軸上設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為960 r/min；在篩機(jī)的前后四個(gè)支撐位置設(shè)置支撐載荷；設(shè)置彈簧剛度為300 N/mm。ZK24525直線振動(dòng)篩仿真分析模型如圖2所示。

圖2 ZK24525直線振動(dòng)篩仿真分析模型

2 動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果及分析

完成ZK24525直線振動(dòng)篩的仿真后，輸出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡和位移曲線，據(jù)此分析不同位置的運(yùn)動(dòng)情況。

2.1 運(yùn)動(dòng)軌跡

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3所示。由圖3可知：監(jiān)測(cè)點(diǎn)1和2的運(yùn)動(dòng)軌跡為明顯的直線，監(jiān)測(cè)點(diǎn)3的運(yùn)動(dòng)軌跡為細(xì)長(zhǎng)的橢圓形，這與振動(dòng)篩的重心不在激振力作用方向上有關(guān)。從出料端至入料端的3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡與水平方向的夾角依次減小，監(jiān)測(cè)點(diǎn)3的運(yùn)動(dòng)軌跡與水平方向的夾角明顯最小，這與直線振動(dòng)篩的實(shí)際振動(dòng)情況一致。入料端較小的振動(dòng)方向角有利于物料的快速擴(kuò)散，出料端較大的振動(dòng)方向角有利于高效篩分，這樣的振動(dòng)有利于振動(dòng)篩的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖3 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡

2.2 位移曲線

從仿真結(jié)果中可以查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)隨振動(dòng)時(shí)間的位移情況，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)3 s內(nèi)的水平方向和豎直方向位移曲線如圖4、圖5、圖6所示。

由圖4、圖5、圖6可知：振動(dòng)篩在水平方向和豎直方向的運(yùn)動(dòng)均為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。由于共振的影響，在啟動(dòng)后的2 s內(nèi)篩機(jī)水平方向和豎直方向的位移波動(dòng)均較大，2 s后趨于平穩(wěn)，振動(dòng)篩處于正常工作狀態(tài)。

從圖4、圖5、圖6可以直觀的看出振動(dòng)篩穩(wěn)定工作時(shí)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移和豎直位移，計(jì)算篩機(jī)振幅(雙振幅)和振動(dòng)方向角，結(jié)果如表1所示。由表1可知：振動(dòng)篩的振動(dòng)方向角變化情況與前面分析一致。

表1 篩機(jī)振幅和振動(dòng)方向角

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的位移曲線

圖5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)2的位移曲線

3 偏心塊質(zhì)量差異對(duì)篩機(jī)性能的影響

據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)際生產(chǎn)中直線振動(dòng)篩兩偏心塊的質(zhì)量差異不大于0.20 kg，試驗(yàn)選取的兩偏心塊質(zhì)量差異為0.30 kg。經(jīng)計(jì)算，偏心塊上一個(gè)φ25 mm的通孔廢料質(zhì)量為0.30 kg。為驗(yàn)證直線振動(dòng)篩振動(dòng)器兩軸上的偏心塊質(zhì)量差異對(duì)振動(dòng)篩性能的影響，在圖2中A處的邊緣鉆一個(gè)φ25 mm的通孔，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，結(jié)果如圖7、圖8、圖9所示。

圖7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的位移曲線

圖8 監(jiān)測(cè)點(diǎn)2的位移曲線

圖9 監(jiān)測(cè)點(diǎn)3的位移曲線

從圖7、圖8、圖9找出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平方向和豎直方向位移，計(jì)算振幅(雙振幅)和振動(dòng)方向角(表2)。對(duì)比表1與表2數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：直線振動(dòng)篩兩偏心塊的質(zhì)量發(fā)生較大變化，即質(zhì)量減少0.30 kg，但篩機(jī)振幅和振動(dòng)方向角并沒有明顯變化。

表2 篩機(jī)振幅和振動(dòng)方向角

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)ZK24525直線振動(dòng)篩進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，可得出如下結(jié)論：

(1)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡形狀不同，從出料端至入料端各運(yùn)動(dòng)軌跡與水平方向的夾角依次減小，這與直線振動(dòng)篩的實(shí)際振動(dòng)情況一致，有利于篩機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。ZK24525直線振動(dòng)篩三維模型的動(dòng)力仿真結(jié)果與篩機(jī)實(shí)際振動(dòng)情況相符，證明了模型的有效性。

(2)振動(dòng)器兩軸上偏心塊質(zhì)量較小的差異(≤0.30 kg)對(duì)振動(dòng)篩的振動(dòng)有一定影響，但不會(huì)影響整機(jī)性能。

(3)利用虛擬樣機(jī)技術(shù)可直觀地再現(xiàn)振動(dòng)篩工作時(shí)的振動(dòng)情況，為優(yōu)化和改進(jìn)篩機(jī)性能提供理論基礎(chǔ)，且能縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

[1] 霍鵬飛，楊潔明，任錫義，等. 基于Pro/E和ADAMS的直線振動(dòng)篩動(dòng)力學(xué)仿真[J].煤礦機(jī)電，2010(3)：14-16.

[2] 張振坤.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的慣性式振動(dòng)篩機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究[D].秦皇島：燕山大學(xué)，2012.

[3] 陸 信.無(wú)強(qiáng)迫聯(lián)系雙軸慣性激振器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析[J].礦山機(jī)械，1975(3)：36-45.

[4] 朱維兵，晏靜江. 虛擬樣機(jī)技術(shù)在振動(dòng)篩動(dòng)力學(xué)分析中的應(yīng)用[J].鉆采工藝，2005，28(3)：77-79.

[5] 李增彬.基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的振動(dòng)篩動(dòng)力學(xué)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].太原：太原理工大學(xué)，2010.

[6] 張 立，仲梁維.直線振動(dòng)篩的動(dòng)力學(xué)和疲勞分析[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,31(3):299-302.

[7] Gianni Ferretti, GianAntonio Magnani, Paolo Rocco. Virtual prototyping of mechatronic systems[J]. Annual Reviews in Control, 2004,28(2):193-206

[8] 劉曉燕，于曉光.大型直線振動(dòng)篩的動(dòng)力學(xué)分析[J].鞍山科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003,26(2)：119-121.

[9] 馬學(xué)東，王瑞昌.直線振動(dòng)篩篩幫動(dòng)力學(xué)模型的建立與分析[J].煤礦機(jī)械，2000(10)：2-4.

[10] 趙春云，葉曉春，王得剛，等.反向回轉(zhuǎn)雙機(jī)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)系統(tǒng)的自同步理論[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2009(9)：24-25.

Effect of difference in eccentric block mass on performance of linear vibrating screen

XIA Li1,2, MA Zhi-hao1,2

(1. China Coal Technology & Engineering Group Tangshan Research Institute Co Ltd, Tangshan, Hebei 063012, China; 2.Coal Preparation Engineering & Technology Research Center in Hebei Province, Tangshan, Hebei 063012, China)

To understand the effect of difference in eccentric block mass on performance of linear vibrating screen, ZK24525 vibrating screen is studied by using PRO/E to establish dynamic model and then the dynamic stimulation is analyzed by virtual prototype technology. The results show that less difference(≤0.30 kg)in eccentric block mass has little effect on linear vibrating screen.

linear vibrating screen; virtual prototyping technology; dynamic simulation; eccentric block mass; influence factors

1001-3571(2015)01-0009-04

TD941+.3

A

2015-01-27

10.16447/j.cnki.cpt.2015.01.003

夏 力(1987—)，男，河北省唐山市人，助理工程師，從事選煤裝備的研究與開發(fā)工作。

E-mail:284934348@qq.com Tel: 18733338558