田原嫄，蘭 奎，郭海濤

(1.東北電力大學 機械工程學院，吉林 吉林132012；2.內(nèi)蒙古大學 電子信息工程學院，呼和浩特 010021；3.東北電力大學 電氣工程學院，吉林 吉林 132012)

基于ADAMS沖壓式蜂窩煤成型機的優(yōu)化設(shè)計

田原嫄1，蘭 奎1，郭海濤2，3

(1.東北電力大學 機械工程學院，吉林 吉林132012；2.內(nèi)蒙古大學 電子信息工程學院，呼和浩特 010021；3.東北電力大學 電氣工程學院，吉林 吉林 132012)

為了提高沖壓式蜂窩煤成型機的傳動效率，對其執(zhí)行系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計，采用虛擬樣機技術(shù)，基于ADAMS對裝配了掃屑機構(gòu)的沖壓式蜂窩煤成型機整體結(jié)構(gòu)進行了仿真分析。仿真結(jié)果表明，優(yōu)化后的蜂窩煤成型機的機械系統(tǒng)是完全可靠的，整個系統(tǒng)的剛度性能、使用性能、運動的精度和穩(wěn)定性能都能滿足蜂窩煤成型機正常運行的整體性能要求。

沖壓式蜂窩煤成型機；優(yōu)化設(shè)計；ADAMS；集成

沖壓式蜂窩煤成型機[1]是我國城鎮(zhèn)蜂窩煤生產(chǎn)廠的主要生產(chǎn)設(shè)備。傳統(tǒng)沖壓式蜂窩煤成型機先將煤粉壓緊在插針沖孔，這樣會造成插針的磨損，插針很容易損壞，并且對整機要求很高。原有蜂窩煤成型機將成型和脫模分為兩道工序并且工作盤只有一個工位，不能同時完成沖壓、脫模和加料，這樣就會造成時間的浪費、成本高、工作效率低。

針對上述問題，本文對沖壓式蜂窩煤成型機的執(zhí)行系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計，本設(shè)計中沖頭和脫模盤都與上下移動的滑梁集成為一體，當滑梁下沖時將煤粉沖壓成蜂窩煤，脫模盤將已壓成的蜂窩煤脫模；將沖頭和沖針設(shè)計集成為一體，在沖壓的過程中可對煤粉同時完成沖孔；將工作盤設(shè)計成多工位模筒，可在沖壓時完成加料和脫模運動。為了提高傳動效率、降低噪聲、延長易損件壽命，本文采用虛擬樣機技術(shù)，基于ADAMS對裝配了掃屑機構(gòu)的沖壓式蜂窩煤成型機整體結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計[2-4]與仿真分析。

1 執(zhí)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

為了加工出質(zhì)量良好的蜂窩煤，蜂窩煤成型機必須具備良好的加工功能，其功能必須有：①煤粉加料；②沖頭沖壓；③成型煤脫模；④煤屑清掃；⑤工作盤間歇旋轉(zhuǎn)運動；⑥成型煤運輸。分析上述6個功能可知，加料是利用本身的重力進行加料，輸送是利用輸送帶進行輸送。這兩個動作比較簡單，所以在設(shè)計中先不予考慮。然而，脫模盤和沖頭可固定在上下反復移動的滑梁上，所以可利用一個機構(gòu)完成實現(xiàn)結(jié)構(gòu)集成設(shè)計，本設(shè)計主要對沖壓式蜂窩煤成型機的沖壓和脫模機構(gòu)、掃屑機構(gòu)和工作盤間歇運動機構(gòu)[5-7]等執(zhí)行系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計。

1.1 沖壓和脫模機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

本文采用多套設(shè)計方案優(yōu)化沖壓和脫模機構(gòu)，優(yōu)化方案如圖1所示，方案(a)-方案(g)為連桿機構(gòu)設(shè)計，方案(h)、方案(i)為凸輪機構(gòu)設(shè)計；方案(j)-方案(l)為齒輪齒條機構(gòu)設(shè)計。結(jié)合表1可知，方案(a)為曲柄滑塊機構(gòu)，易加工且具增力作用；方案(d)-方案(g)為六桿機構(gòu)[4]，但是行程??；凸輪機構(gòu)結(jié)可以實現(xiàn)任意運動規(guī)律，并且結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但易磨損且傳力??；齒輪齒條機構(gòu)傳動準確、效率高、壽命長，但加工裝配難。

根據(jù)沖壓機構(gòu)運動方案定性分析(如表1所示)，初選方案(a)，方案(g)。

圖1 沖壓機構(gòu)和脫模機構(gòu)的設(shè)計方案

性能特點形態(tài)連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)齒輪齒條機構(gòu)運動速度高較高高行程大小取決于曲柄尺寸小可任意可調(diào)程度可調(diào)調(diào)節(jié)困難可調(diào)動力性能平衡困難取決于凸輪形狀好簡單性不太簡單簡單簡單，但一般齒輪須擺動才能實現(xiàn)齒條往復移動機械效率一般一般較高承載能力高較低較高其他特性有急回特性可實現(xiàn)任意運動規(guī)律傳動平穩(wěn)

1.2 掃屑機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

圖2 掃屑機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方案

掃屑機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方案如圖2所示中的兩種。圖2中方案(a)工作平穩(wěn)，方案(b)性能較好。經(jīng)過圖2中這兩種方案的比較可知，掃屑機構(gòu)的運動性能都很好，所以都可以采用。

1.3 工作盤間歇運動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

工作盤間歇運動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方案如圖3所示。

圖3 工作盤間歇運動機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方案

圖3中方案(a)結(jié)構(gòu)簡單，效率高，但轉(zhuǎn)角不可太小，有沖擊；方案(c)制造方便，轉(zhuǎn)角準確，但易引起沖擊磨損；方案(b)從動輪運動轉(zhuǎn)角范圍大但加工復雜，會引起剛性沖擊。

綜合考慮，初選方案(a)，方案(b)。

2 執(zhí)行系統(tǒng)的整體優(yōu)化設(shè)計方案

不同的機構(gòu)具有不同的機械性能，如對心曲柄滑塊機構(gòu)可避免機構(gòu)運動時急回，但不利于清屑；不完全齒輪機構(gòu)適合于轉(zhuǎn)速不高時的勻速轉(zhuǎn)動，運動時有剛性沖擊；槽輪機構(gòu)運動平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡單，加工成本較?。患啓C構(gòu)運動時產(chǎn)生較大沖擊；固定凸輪移動從動件機構(gòu)運動時有高副；附加滑塊搖桿機構(gòu)具有機構(gòu)簡單運動可靠的特點。因此，選擇最終方案如圖4所示。

圖4 執(zhí)行系統(tǒng)整體優(yōu)化設(shè)計方案

圖5 輸出機構(gòu)(滑塊F)位移運動曲線

沖壓機構(gòu)采用圖1方案(a)的偏置曲柄滑塊機構(gòu)；模筒轉(zhuǎn)盤采用圖3方案(a)的槽輪機構(gòu)；掃屑機構(gòu)采用圖2方案(a)的滑塊機構(gòu)。

如圖4所示①為沖壓式蜂窩煤成型機的掃屑機構(gòu)。適當選擇沖壓機構(gòu)中軌跡和確定機構(gòu)尺寸，可保證構(gòu)件具有急回，運動和工作段近于勻速的特性，并可使機構(gòu)工作段壓力角盡可能小。根據(jù)工位要求確定槽輪相關(guān)參數(shù)，可滿足工作盤間歇轉(zhuǎn)動。

3 基于ADAMS的運動仿真分析

本文采用虛擬樣機技術(shù)[9,10]，基于ADAMS軟件對運動進行仿真并得出輸出機構(gòu)的位移、速度和加速度圖。

3.1 位移運動仿真分析

輸出機構(gòu)位移運動仿真曲線，如圖5所示。從圖5中可以看出，滑塊F的運用范圍在0 mm-350 mm之間走簡諧運動，與實踐運動范圍0 mm-400 mm有一定的誤差，但誤差不是很大；從位移曲線中可以看出，運動周期T=4 s，這就能保證滑塊的運動頻率為18次/min。

3.2 輸出機構(gòu)(滑塊)速度運動仿真分析

輸出機構(gòu)速度運動仿真曲線，如圖6所示。根據(jù)圖6分析可知：其運動周期T=4 s；在回程運動中，其速度在很短的時間內(nèi)快速增大又減小，這就保證了機構(gòu)有良好的急回特性，從而使機構(gòu)運動效率提高。

3.3 輸出機構(gòu)(滑塊)加速度運動仿真分析

輸出機構(gòu)加速度運動仿真曲線，如圖7所示。

圖6 輸出機構(gòu)速度運動曲線

圖7 輸出機構(gòu)加速度運動仿真曲線

由圖7可知，在回程運動中，加速度快速增大，保證了機構(gòu)的急回特性。

4 結(jié) 語

本文采用虛擬樣機技術(shù)，基于ADAMS對裝配了掃屑機構(gòu)的沖壓式蜂窩煤成型機整體結(jié)構(gòu)進行了仿真分析。仿真結(jié)果表明，優(yōu)化后的蜂窩煤成型機的機械系統(tǒng)是完全可靠的，整個系統(tǒng)的剛度性能、使用性能、運動的精度和穩(wěn)定性能都能滿足蜂窩煤成型機正常運行的整體性能要求。

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Optimal Design of Ramjet Honeycomb Briquette Machine Based on ADAMS

TIAN Yuan-yuan1，LAN Kui1，GUO Hai-tao2，3

(1.School of Mechanical Engineering，Northeast Dianli University，Jilin Jilin 132012；2.College of Electronic Information Engineering，Inner Mongolia University，Hohhot 010021；3.Electrical Engineering College，Northeast Dianli University，Jilin Jilin 132012)

To improve the transmission efficiency，reduce the mechanism’s site area and improve work efficiency and protect the environment，the honeycomb briquette forming machine reasonably installed a sweep crumbs institution.Based on ADAMS environment simulation analysis is carried out for honeycomb briquette forming machine.The results show that the mechanical system honeycomb briquette machine is stable and reliable.The performances of assembly and movement can satisfy the requirement of honeycomb briquette machine.

Stamp honeycomb briquette machine；Optimization；ADAMS；Intergration

2016-03-10

國家自然科學基金項目(41076060)；吉林省科技發(fā)展計劃(20130101056JC)；內(nèi)蒙古自然科學基金項目(2014MS0601)

田原嫄(1979-)，女，吉林省長春市人，東北電力大學機械工程學院副教授，博士，主要研究方向：機器視覺及三維圖像處理技術(shù)、機械及機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.

1005-2992(2016)06-0067-04

TD823.97

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