叢曉霞,王玉萍,張建強

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng) 453003）

電除塵器廣泛用于燃煤電廠、水泥、化工等行業(yè)的煙塵凈化、回收,在控制大氣污染方面發(fā)揮了十分巨大的作用.電除塵器的重要組成部分是振打裝置,在振打裝置設(shè)計過程中,應(yīng)用虛擬產(chǎn)品設(shè)計技術(shù),可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,迅速地對市場做出反映,并降低產(chǎn)品成本,提高企業(yè)競爭力.

虛擬產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)是指在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計過程中,將分散的零部件設(shè)計和分析技術(shù)糅合一起,在計算機上建造出產(chǎn)品的整體模型,并針對該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進行仿真分析,預(yù)測產(chǎn)品的整體性能,進而改進產(chǎn)品設(shè)計、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)．

本設(shè)計在某公司所設(shè)計制造的電除塵器的經(jīng)驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,結(jié)合其他除塵器的優(yōu)點進行優(yōu)化,確定陽極振打裝置的基本尺寸,采用虛擬產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)對電除塵側(cè)面式振打裝置進行了設(shè)計,并對側(cè)部撓臂錘振打裝置的各個組成部分進行實體造型設(shè)計與虛擬裝配,采用SolidworksAnimator進行了運動模擬[1-2].

1 除塵器振打裝置選擇

靜電除塵的振打裝置均為敲打式結(jié)構(gòu),分為頂部式和側(cè)面式.頂部電磁錘振打技術(shù)是由國外引進,具有結(jié)構(gòu)尺寸小,可靠性高等優(yōu)點[3],但是考慮到經(jīng)濟因素以及其對安裝技術(shù)的要求,應(yīng)用范圍有限.側(cè)部撓臂錘振打是一種比較傳統(tǒng)的振打技術(shù),在國內(nèi)使用時間較長,具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用范圍.

本設(shè)計選擇側(cè)部撓臂錘振打為設(shè)計方案.針對以往側(cè)部撓臂振打裝置設(shè)計參數(shù)選取不當(dāng),致使振打力過大或過小、振打軸支持不夠發(fā)生斷裂與振打軸承連接處過早磨損等問題,在振打錘的設(shè)置、振打力傳遞等方面進行改進設(shè)計.

側(cè)部撓臂錘振打過程是傳動裝置旋轉(zhuǎn)提升撓臂錘使錘達到最高勢能位置時,回轉(zhuǎn)下落振打整組捕塵極板排下面振打桿端部的砧板,通過撞擊使板面上各處獲得振打加速度,激發(fā)極板表面震動,實現(xiàn)振打清灰的功能[4]．

側(cè)部撓臂錘振打通常由振打錘、振打錘臂、振打軸、振打軸承及連接螺栓組成,如圖1所示.振打錘臂由兩個半錘臂通過螺栓連接做成,用來實現(xiàn)振打軸與振打錘的固定連接,振打錘由夾板和錘頭通過銷相連接.振打錘臂與振打錘通過銷連接以使振打錘能夠繞銷自由擺動．

從一個電場所需振打錘都裝在一根軸上考慮,為避免振打錘同時振打引起的二次揚塵,安裝時將振打錘相互錯開一個角度,錯開的角度合適需要通過計算,并要在實際工作中反復(fù)驗證以得到最佳角度.預(yù)設(shè)電除塵器中有13塊極板,振打軸上需要安裝13個振打錘,現(xiàn)設(shè)計振打錘錯開的角度為30°[5],見圖2.

圖1 側(cè)部撓臂錘振打裝置

圖2 錘頭徑向布置圖

為實現(xiàn)振打強度大、振打力比較均勻和性價比高等特點,振打軸設(shè)計應(yīng)考慮安裝加工方便.振打軸由三根軸通過聯(lián)軸套連接而成,由振打軸承支撐,設(shè)計振打軸承為滑動軸承,以便于軸的安裝.將軸承數(shù)目設(shè)計為4個,這樣的設(shè)計可以保證振打軸有效的支撐,避免了因支撐不夠和受力不均導(dǎo)致的軸的偏心甚至軸的斷裂,以及由此造成的軸承過早磨損.置振打軸上振打錘的周向布置可以實現(xiàn)對極板的周期性振打,既可以滿足振打過程的平穩(wěn)要求,又能達到理想的清灰效果,如圖3．

圖3 振打裝置裝配

2 振打裝置實體的設(shè)計

2.1 零部件設(shè)計

Solidworks是參數(shù)化特征造型軟件,利用Solidworks的拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、倒角、高級抽殼、特征陣列、打孔和倒圓等功能,完成零件的實體模型,并通過驅(qū)動參數(shù)改變特征的大小和位置,并能夠自動進行動態(tài)過程約束檢查.圖4和圖5為采用Solidworks建模完成的錘臂、振打軸承造型效果圖三維模型[6]．

圖4 振打錘臂造型

圖5 振打軸承造型

2.2 裝配體設(shè)計

完成以上零件的造型設(shè)計之后,需要將設(shè)計出來的零件進行裝配.Solidworks提供了的裝配仿真功能,可以動態(tài)地查看裝配體的所有運動,并且可以對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測．

裝配時首先明確裝配要求,制定簡潔清晰的裝配過程,針對裝配體零部件的相應(yīng)特征選擇合適的裝配方式.裝配所需零件有軸一、軸二、軸三、振打軸承共4件、連軸套共2件、振打錘與振打錘臂及連接螺目螺栓各13件,制定以下裝配方案：首先裝配振打錘、振打錘臂和螺栓,見圖6,保存為裝配體文件,同時另存為零件文件,以便用于總裝使用；其次裝配振打軸和聯(lián)軸套；最后是振打裝置的總裝．

將其中一個振打軸承設(shè)為固定,其余全部為浮動.依次對振打軸和振打錘臂進行裝配,局部裝配效果如圖7所示.

圖6 振打部件

圖7 局部振打裝置

2.3 運動仿真與干涉檢查

通過計算機模擬性能及裝配維護等各方面可能存在的問題,改進傳統(tǒng)的設(shè)計方法,使得產(chǎn)品可以不依賴于實物樣機,在計算機上實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、試制的過程．

對裝配體中零部件的空間位置,按其裝配路徑連續(xù)地進行操作,通過拖動鼠標(biāo)進行移動或者旋轉(zhuǎn)進行了裝配體的動態(tài)仿真和運動干涉檢查,并使用SolidworksAnimator動畫插件制作了動態(tài)模擬整個機器運動方式,把這些過程制成視頻格式文件,脫離軟件本身獨立播放,如圖8所示.結(jié)果表明完全符合設(shè)計要求[7].

圖8 運動仿真

3 結(jié)語

除塵器的尺寸設(shè)計很大程度上依賴于需方的實際安裝要求,包括安裝地點的空間位置,環(huán)境條件以及與周邊設(shè)施的關(guān)系,在滿足設(shè)計要求的前提下還要考慮到經(jīng)濟性以及后期維護的經(jīng)濟性.目前傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造多以成功設(shè)計為參照,按照機械設(shè)計等方面設(shè)計手冊的標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合設(shè)計人員豐富的設(shè)計經(jīng)驗來完成.這樣的設(shè)計基本上能完成一般的設(shè)計要求,但是很難達到較高的設(shè)計精度,如果在前期設(shè)計階段出現(xiàn)問題而沒有被發(fā)現(xiàn),就會造成試制過程中成本高的代價.利用產(chǎn)品虛擬設(shè)計,虛擬裝配技術(shù),通過虛擬裝配盡早的發(fā)現(xiàn)問題,改進產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量,在現(xiàn)場安裝之前得到一個合理的設(shè)計產(chǎn)品,既能保證所設(shè)計產(chǎn)品能充分滿足客戶要求,又減少了設(shè)計成本,提高了面向客戶與市場需求的能力.

[1]藍榮香,高翔,劉文,等.SolidWorks零件設(shè)計技術(shù)與實踐[M].北京：電子工業(yè)出版社,2007.

[2]沈琛林,陳定方.基于SolidWorks的減速器設(shè)計及虛擬裝配[J].湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2007,22（4）：56-58.

[3]唐曉飛.電除塵器頂部電磁振打方式應(yīng)用分析[J].電力科學(xué)與工程,2008,24（5）：64-65.

[4]薛永元,于英虎.電除塵器振打裝置及其最佳運行[J].河北理工學(xué)院學(xué)報,2004,24（2）：25-31.

[5]王曉芳,邵守杰.電除塵器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計[J].焦作工學(xué)院學(xué)報.2003,22（5）：387-388.

[6]胡小強.虛擬現(xiàn)實技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社,2005.

[7]謝叻,肖波,吳巧教,等.虛擬裝配技術(shù)及應(yīng)用[J].模具技術(shù),2006（1）：60-63.