范 鵬 張 杰

（四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，四川 自貢643000）

0 引言

目前，篩分機(jī)械在采礦、石油開采行業(yè)中的運(yùn)用十分廣泛。由于兼具直線振動篩和圓振動篩各自的優(yōu)點(diǎn)［1－2］，筆者基于虛擬樣機(jī)技術(shù)對GW－S1［3］型小型泥漿振動篩進(jìn)行了動態(tài)仿真，希望能為泥漿篩制造提供參考。

1 泥漿振動篩結(jié)構(gòu)

泥漿篩主要包括激振器、篩箱以及隔振裝置，其中激振器由一對規(guī)格不同的偏心塊組成，篩箱包括側(cè)板、篩網(wǎng)、L梁、圓橫梁等，采用一次隔振裝置減振。當(dāng)電機(jī)帶動兩激振器工作時，基于力心理論［4］，泥漿篩在自重和強(qiáng)大的交變激振力作用下進(jìn)行平動橢圓的軌跡運(yùn)動。

篩箱通過固定的4個支座支撐，篩面與地面傾角介于－1°～5°。篩箱支座與基座由4個圓柱螺旋壓縮鋼彈簧連接，兩側(cè)板之間由8根L型梁連接，包括一對圓橫梁的支撐增加篩箱橫向剛度，兩側(cè)板外側(cè)焊接6根直梁增加篩框縱向穩(wěn)定性。

2 振動篩仿真軌跡分析

2．1 主要參數(shù)的確定

根據(jù)文獻(xiàn)［5］，針對泥漿篩運(yùn)動工況，為實(shí)現(xiàn)合理篩分效果，采用以下設(shè)計(jì)參數(shù)：電機(jī)轉(zhuǎn)速1 500 r／min，振動篩振幅≥3 mm，橢圓長軸傾角0°，橢圓度1∶4。

設(shè)計(jì)的振動篩總質(zhì)量為226．574 kg，考慮激振器啟動過共振區(qū)［6］，基于標(biāo)準(zhǔn) GB／T2089—94選用圓柱螺旋壓縮鋼彈簧YB8×90×220。

2．2 模型的導(dǎo)入

由SolidWorks建立簡易模型，創(chuàng)建篩箱、激振器、彈簧支座等部件，裝配并導(dǎo)入。在Adams中振動篩各部件相互獨(dú)立，不存在裝配中相互約束關(guān)系，故需設(shè)置約束副實(shí)現(xiàn)各部件運(yùn)動的關(guān)聯(lián)。各約束關(guān)系如表1所示。

表1 小型泥漿平動橢圓振動篩各部件約束關(guān)系

同時，對篩箱支座與底板之間設(shè)置軸套力約束。選用彈簧縱向剛度為26．8 N／mm，按相關(guān)公式［7－8］計(jì)算各向剛度及阻尼值。在篩體所處環(huán)境Z向施加重力約束，值為－9 806 kg·mm／s2，材料密度7 850 kg／m3。圖1為添加約束后的模型。

圖1 振動篩約束模型

3 振動篩運(yùn)動仿真設(shè)置

在 Adams－View模塊中設(shè)置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動轉(zhuǎn)速為9 000 d／s，End Time為5 s，Steps為4 000，施加運(yùn)動驅(qū)動進(jìn)行動力學(xué)分析。

4 仿真結(jié)果分析

4．1 靜力分析

在動力學(xué)分析之前，需進(jìn)行靜力分析，求得施加在隔振裝置上的預(yù)載荷［9］，檢驗(yàn)彈簧參數(shù)的合理性。

泥漿篩在自重下，隔振彈簧受迫變形，其變形量為靜位移。根據(jù)理論公式［9］，振動篩縱向靜位移為65 mm。即：

篩體在自重作用下壓縮彈簧，由于阻尼，間歇振蕩的振幅會逐漸降低，最終為0。根據(jù)圖2，泥漿篩振動經(jīng)過3 s過后，最終彈簧Z向靜壓縮量為Z0＝65．081 5 mm。與理論值基本一致，驗(yàn)證了模擬效果的正確性。

圖2 篩體重力作用下Z向位移隨時間變化

在Y向，在安裝激振器過程中，保證力心過整個泥漿篩的質(zhì)心極其困難，只要保證工程所需精度即可。由模擬結(jié)果可知，由起始到穩(wěn)定后，前后位置相差Y0＝0．096 5 mm，這與理論值0接近，滿足工程運(yùn)用要求。Y向振動變化趨勢如圖3所示。

4．2 振動位移分析

設(shè)置好驅(qū)動函數(shù)、運(yùn)動時間、仿真步數(shù)后進(jìn)行分析，圖4～6表示泥漿篩各向位移隨時間的變化關(guān)系。

圖4 篩箱Z向位移與時間變化關(guān)系

圖5 篩箱Y向位移與時間變化關(guān)系

圖6 篩箱X向位移與時間變化關(guān)系

由圖可得，振動篩啟動過程中，過共振區(qū)，各方向上振幅變化劇烈，隨后趨向穩(wěn)定。

在Z向，由起始到穩(wěn)定期內(nèi)，彈簧縱向最大壓縮量為118．401 5 mm。由于阻尼，振幅逐漸衰減，3 s后，振幅平均穩(wěn)定在4．2 mm。同樣，彈簧橫向最大壓縮量13．874 8 mm。穩(wěn)定后Y向振幅穩(wěn)定為1．061 mm。故穩(wěn)定后，軌跡的橢圓度為I＝，與理論值基本一致，說明模擬狀況理想。

振動篩要想穩(wěn)定工作，其橫向振幅規(guī)定不得大于0．5 mm［10］。根據(jù)圖6，振動篩起始質(zhì)心由平衡位置按簡諧規(guī)律振蕩，由于阻尼減振，振幅降低并趨于平穩(wěn)，其最大值為不超過1×10－5mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)定，一般不考慮橫向擺動。

4．3 運(yùn)動軌跡的描述

為驗(yàn)證在交變力作用下的泥漿篩穩(wěn)定后沿著一定的軌跡工作，提取4～5 s工作時間段Z、Y向的位移數(shù)據(jù)，合成為平面橢圓運(yùn)動軌跡并隨時間往復(fù)變化，如圖7所示。

圖7 振動篩運(yùn)動軌跡隨時間變化關(guān)系

泥漿篩在YOZ平面的運(yùn)動軌跡為一個長軸傾角為0、橢圓度為1：3．96的平面橢圓，這與理論預(yù)想一致，故仿真結(jié)果可信。

5 結(jié)語

本文利用數(shù)字樣機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)振動篩運(yùn)動軌跡仿真，預(yù)測其工作狀況，得到振動篩的各方向分析數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到振動篩的運(yùn)動軌跡。仿真結(jié)果與理論值比較，振動篩的運(yùn)動特性均在經(jīng)驗(yàn)參考值范圍內(nèi)，符合預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，可為設(shè)計(jì)方案的實(shí)施提供指導(dǎo)。

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