何 超,謝文偉,石可偉,周后明

(湘潭大學 機械工程學院,湘潭 411105)

基于Pro/E的稻谷干燥機振動篩的研究

何 超,謝文偉,石可偉,周后明

(湘潭大學 機械工程學院,湘潭 411105)

本研究來自一個可移動式電熱凈谷干燥機的實用新型專利.為了進一步完善谷物在干燥中凈化,在谷物清選風車的基礎上,通過一個曲柄搖桿機構(gòu)來完成谷物的清選,并且有效利用干燥過程中風機的出風量,得到了能源的最大利用.采用PRO/ENGINEER三維實體建模軟件進行實體參數(shù)化設計,對其參數(shù)化裝配及運動仿真分析和干涉檢查,并得出機構(gòu)的位移、速度、加速度隨時間變化的曲線.利用該方法可以使得設計人員快速、直觀的對其運動機構(gòu)進行優(yōu)化設計.

振動篩;Pro/E;參數(shù)化設計;運動仿真;干燥機

0 引 言

本研究來自一個可移動式電熱凈谷干燥機的實用新型專利[1],圖1為干燥機的三維模型.剛從田地里收回來的稻谷須經(jīng)過干燥才能輾制成優(yōu)質(zhì)米以及長時間儲備,振動篩是干燥機的重要工作部件,其工作性能的好壞對干燥機的整體性能及效率影響明顯.目前市場上干燥機的前處理凈谷功能并不完善,大多數(shù)通過風機的吹刮來實現(xiàn),但效果并不好.一般在干燥之前需要用谷手清選風車處理一次,程序繁雜,并且耗用大量的人力物力,為適應農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展,滿足農(nóng)民的需求,實現(xiàn)機械一體化,對振動篩的設計和利用是必要.

稻谷干燥機振動篩的功能是通過棱面篩的振動激勵作用和風機的出風口強力風作用將短莖稈從谷物中分離出來,并可排出機外,而剩下的谷物從篩面落下,直接進入第二個篩面得到二次凈化處理.要實現(xiàn)谷物凈化清選,就必須對振動篩機構(gòu)進行分析,得出適于振動篩機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù).采用PRO/ENGINEER三維實體建模軟件進行實體參數(shù)化設計,對其參數(shù)化裝配及運動仿真分析和干涉檢查,不僅方便簡單,還可以節(jié)省大量的時間和成本.

圖1 可移動式電熱凈谷干燥機的三維模型

1 總體方案及工作原理

總體方案確定的依據(jù)為:以干燥機一體化為目的而設計振動篩機構(gòu),完成谷物的清選,圖2為振動篩傳動機構(gòu)[2].

(1)總體結(jié)構(gòu)

該機主要由機架、進料下漏斗、出料下漏斗、曲柄搖桿機構(gòu) 、擋板、篩板、電動機、皮帶輪、軸等組成.

(2)工作原理

電動機通過皮帶輪減速將動力傳到曲柄搖桿機構(gòu),如圖2所示,從而帶動篩板往返運動 ,同時谷物從上下料斗倒入,結(jié)合風機的出風量作用,恰到好處地通過棱面篩將短莖稈從谷物中分離出來,并可排出機外,而剩下的谷物從篩面落下,直接進入第二個篩面得到二次凈化處理.

圖2 振動篩傳動機構(gòu)

2 主要參數(shù)的確定

2.1 篩板孔型的確定

谷粒的尺寸一般以長度 、寬度和厚度表示,根據(jù)這些尺寸的大小 ,在谷粒清選機構(gòu)中,分別用不同的方法將谷粒從細小脫出物中分離出來.在同樣的篩分質(zhì)量下,棱面篩的生產(chǎn)率與分離率比平面篩有較大的提高.圖3為棱面篩板的主要幾何參數(shù)[3].

圖3 棱面篩板的主要幾何參數(shù)

2.2 振動篩傳動機構(gòu)的工作參數(shù)的確定

設計時,應使篩板的傳動機構(gòu)具有較高的生產(chǎn)率和良好的分離性能,因此要求篩板具有一定的水平位移 x和豎直位移y.為了將脫出物有效地進行分離,應保證振幅較大,同時在清糧過程中為了使混雜物能沿篩板逐漸向后移動,機構(gòu)的配置應保證當篩板的向前行程終了時,篩面處于其最高位置.依據(jù)上述要求,振動篩傳動機構(gòu)采用曲柄搖桿機構(gòu)進行運動傳遞,如圖2所示.

根據(jù)平面四桿機構(gòu)的基本知識[4]可知,曲柄搖桿機構(gòu)必需滿足桿長條件且最短桿為連架桿.即最短桿長度+最長桿長度≦其余兩桿長度之和.(如表1所示)

表1 構(gòu)件的主要參數(shù)變量

3 基于Pro/E的稻谷干燥機的振動篩建模

3.1 構(gòu)件的參數(shù)化建模設計

建立曲柄搖桿機構(gòu)的三維實體模型,可以采用兩種設計方法 ,一種是自底向上,另一種是自頂向下,本文采用前一種設計建模方法.為此應該首先創(chuàng)建組成四桿機構(gòu)的4個參數(shù)化構(gòu)件的實體模型[5-7],即傳動機構(gòu).

(1)啟動Pro/E,并進入零件設計模塊.

(2)按表1設置各構(gòu)件的主要參數(shù)變量.

(3)在草繪器模塊中設計構(gòu)件的截形圖并定義必要的尺寸約束,對設計過程中可能修改的尺寸約束為其定義對應的參數(shù)變量,以便于后繼設計修改.

振動篩傳動機構(gòu)的三維模型如圖4所示.

圖4 傳動機構(gòu)三維模型

其次,為滿足干燥機與振動篩一體化的設計要求,還需對篩體部分進行設計,包括進料上漏斗、出料下漏斗 、振動支架 、傳動軸 、前搖臂 、后搖臂 、銷 、篩板等,如圖5所示.

圖5 篩體的三維模型

3.2 振動篩機構(gòu)的虛擬裝配設計

進入 Pro/E的裝配模式進行元件連接,通過基準之間的位置參數(shù)實現(xiàn)各構(gòu)件間的參數(shù)化裝配,并且根據(jù)各元件之間的運動關(guān)系來確定其連接形式.本文主要采用銷釘連接、固定連接.裝配模型如圖6所示.

圖6 干燥機振動篩的裝配模型

4 仿真分析

干燥機振動篩機構(gòu)的仿真模型的設計[8]過程由三個步驟進行:

一是對裝配好的機構(gòu)模型建立伺服電動機,提供一個動力,使機構(gòu)產(chǎn)生一定形式的運動.本機只要添加1個伺服電動機,即在偏心輪中心(曲柄)的銷釘連接位置處,輸入角速度為72 deg/sec.

二是運行一個機構(gòu)運動分析,產(chǎn)生可視化的機構(gòu)運動過程,保存運動分析結(jié)果.通過振動篩運行機構(gòu)運動分析,調(diào)置運行時間為20 s(即四個運動周期),產(chǎn)生了整個機構(gòu)的一個可視化的運動過程.在回放中,選擇回放中的沖突檢測設置,進行干涉檢查.

三是進行分析測量,得到分析測量圖形,同時輸出分析結(jié)果.選取與傳動軸相連接的搖桿上圓柱面上最底的點APNT2為分析測量的對象,且圓柱面半徑r=16 mm,并在傳動軸端面中心處建立一坐標系ACS0,如圖7所示.分析了振動篩傳動機構(gòu)APNT2的位移、速度、加速度隨時間變化的過程,如圖8～圖10所示.根據(jù)分析數(shù)據(jù)以及w=所得,可以求得該質(zhì)點的角速度,同理,可測量出機構(gòu)中任意一點的位移、速度、加速度變化規(guī)律.利用該方法可以使得設計人員快速、直觀的對其運動機構(gòu)進行優(yōu)化設計,并對振動篩的運動分析和受力分析的理論數(shù)據(jù)帶來重要的價值.

圖7 測量對象示意圖

5 結(jié)束語

本文基于一個可移動式電熱凈谷干燥機的實用新型專利,通過Pro/E三維實體建模軟件進行實體參數(shù)化設計,對其參數(shù)化裝配及運動仿真分析和干涉檢查,并得出機構(gòu)的位移、速度、加速度隨時間變化的曲線,實現(xiàn)了產(chǎn)品的參數(shù)化設計和運動仿真,它對于工程設計和產(chǎn)品分析有重要的價值,可以提高新產(chǎn)品開發(fā)的速度和質(zhì)量.從研究結(jié)果看,該機構(gòu)的運動軌跡與實際工藝要求非常吻合,傳動軸的位移、速度、加速度也基本滿足設計要求,解決了干燥機的振動篩機構(gòu)設計中位移、速度、加速度、干涉等方面的技術(shù)問題.利用該方法可以使得設計人員快速、直觀的對其運動機構(gòu)進行優(yōu)化設計,對振動篩進一步的優(yōu)化設計具有指導意義.

[1]陳石堅,周后明,何 超.可移動式電熱凈谷干燥機[P].中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局.CN200920063921.7,2010.1.

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[3]彭三河,張云華.谷物清選機振動篩結(jié)構(gòu)的試驗研究[J].湖北農(nóng)學院學報,2004,24(4):313-315.

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Research on Rice Dryer's Vibrating Screen Based on Pro/E

HE Chao,XIE Wen-wei,SHI Ke-wei,ZHOU Hou-ming

(School of Mechanical Engineering,Xiangtan University,Xiangtan 411105,China)

This research comes from the practical new patent that is called the movable dryer in the electrothermal and purification.For the sake of the further perfection about purification when dryinging rice,the crank-rocker mechanism can achieve the process of purificaton from the foundation of windmill in the corn.At the same time air output of the fan makes purification of the corns more effective,which gets maximum utilization of energy.The 3D entity model software called Pro/ENGINEER is used to build the entity models and assemble with parametric design.Then the kinematics simulation,and interference checking and analysis are complished,and curves of displacement,velocity,acceleration about time are gained,which makes the designer quickly and visually optimize design of the mechanism.

vibrating screen;Pro/E;parametric design;kinematics simulation;dryer

TH-3

A

1671-119X(2011)02-0032-03

2010-10-30

湖南省教育廳科研資助項目(10C1259)

何 超(1985-),男,碩士研究生,研究方向:機械工程.

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