王珂

【摘 要】動(dòng)篩排矸機(jī)通過動(dòng)篩體的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行選煤，動(dòng)篩體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律關(guān)系到選煤的效果。為更好地掌握動(dòng)篩體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，更合理地選擇其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)曲柄的安裝位置，達(dá)到最佳的選煤效果，文章首先運(yùn)用UG軟件建立了動(dòng)篩排矸機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的三維模型，然后利用ADAMS虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，得出了動(dòng)篩體在曲柄4個(gè)不同的安裝位置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，進(jìn)而得出曲柄安裝位置對(duì)動(dòng)篩體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響趨勢，為曲柄的安裝位置選取提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】ADAMS；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；急回特性；擺角

【中圖分類號(hào)】TD40 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）09-0076-04

0 引言

在我國，綜采放頂煤開采技術(shù)應(yīng)用較廣，但是在開采效率提高的同時(shí)，不可避免地混入大量圍巖和廢石，毛煤中矸石比例也隨之提高，這就對(duì)選煤提出了更高的要求。動(dòng)篩排矸機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、工藝簡單、用水量少、基建投資少、營運(yùn)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，在我國整個(gè)選煤行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，已占到選煤總量的70%。因此，選擇合理的動(dòng)篩排矸機(jī)性能參數(shù)，可以提高設(shè)備的選煤效果和選煤效率。

動(dòng)篩排矸機(jī)通過驅(qū)動(dòng)盤帶動(dòng)整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使動(dòng)篩體做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)篩體中的水和毛煤混合在一起，隨著動(dòng)篩體一起上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在工作存在急回特性，物料上升速度較慢，物料下降速度較快，物料由于慣性與動(dòng)篩體分離，在水中開始沉積。而煤與矸石的密度不同，所受到的浮力也不同，煤塊下降速度小于矸石下降速度，在上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，矸石與煤塊逐漸分層，矸石沉積在下層，煤塊在上層。

本文以LTD18/3.6型機(jī)械式動(dòng)篩排矸機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為例，結(jié)合驅(qū)動(dòng)盤上曲柄的4個(gè)安裝位置，具體說明不同安裝位置的選擇對(duì)動(dòng)篩體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響。本文通過建立動(dòng)篩排矸機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，利用ADAMS的運(yùn)動(dòng)仿真模塊，對(duì)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，得出動(dòng)篩體的運(yùn)動(dòng)曲線，計(jì)算出動(dòng)篩體的振幅、擺角、急回特性等參數(shù)。同時(shí)，為確定仿真結(jié)果的正確性，本文又通過建立傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，利用解析法求解動(dòng)篩體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，驗(yàn)證仿真分析結(jié)果。

1 運(yùn)動(dòng)仿真分析

1.1 建立三維模型

UG是一款集CAD/CAE/CAM于一體的參數(shù)化機(jī)械產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)軟件，在汽車、造船、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有強(qiáng)大的實(shí)體建模和虛擬裝配功能，是當(dāng)今世界上一流的產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件。而ADAMS軟件擅長做模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，建模方法單一，特別對(duì)于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的零件，建模過程困難，一般ADAMS軟件不用于建立三維模型。

本文首先在UG軟件中建立動(dòng)篩排矸機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各主要部件的三維模型，再進(jìn)入U(xiǎn)G軟件的裝配環(huán)境，按照部件間的幾何約束關(guān)系進(jìn)行虛擬裝配，得到動(dòng)篩排矸機(jī)的裝配模型，最后把裝配好的模型以Parasolid的形式導(dǎo)入ADAMS中（如圖1所示）。需要注意的是，曲柄有4個(gè)安裝位置，技術(shù)人員在安裝曲柄時(shí)，可以根據(jù)工作需要選擇不同的安裝位置。4個(gè)安裝位置對(duì)應(yīng)的曲柄長度分別是195 mm、200 mm、205 mm、210 mm。

1.2 運(yùn)動(dòng)仿真分析

動(dòng)篩排矸機(jī)的工作過程：驅(qū)動(dòng)盤是原動(dòng)件，由電機(jī)經(jīng)減速裝置驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)盤通過自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)曲柄繞安裝中心轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄通過連桿帶動(dòng)搖桿往復(fù)擺動(dòng)，搖桿再通過拉桿帶動(dòng)整個(gè)動(dòng)篩體做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使煤和矸石隨著動(dòng)篩體做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到選煤的目的。

通過分析動(dòng)篩排矸機(jī)的工作過程可以看出，各構(gòu)件間的相互運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以在ADAMS運(yùn)動(dòng)副的設(shè)置中，把各構(gòu)件鉸接處的運(yùn)動(dòng)副設(shè)置為回轉(zhuǎn)副，驅(qū)動(dòng)盤、搖桿和動(dòng)篩體與機(jī)架固連，分別和機(jī)架構(gòu)成回轉(zhuǎn)副。對(duì)各個(gè)部件設(shè)置質(zhì)量，密度設(shè)定為7.80×103 kg/m3。驅(qū)動(dòng)盤為主動(dòng)件，在驅(qū)動(dòng)盤和機(jī)架組成的回轉(zhuǎn)副上設(shè)置驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)速按照動(dòng)篩排矸機(jī)實(shí)際工作的情況設(shè)定為40 r/min，仿真時(shí)間為3 s，也就是2個(gè)運(yùn)動(dòng)周期。

1.3 仿真結(jié)果輸出

運(yùn)動(dòng)副、驅(qū)動(dòng)設(shè)置完成后，對(duì)整個(gè)部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真求解，得出仿真結(jié)果。通過后處理，可以得出各個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，如角速度、角加速度、質(zhì)心位移等。以曲柄長度200 mm為例，根據(jù)研究目的的需要，可以獲得動(dòng)篩體的相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，輸出仿真結(jié)果如圖2所示，圖2（a）表示動(dòng)篩體入料口在豎直方向上的位移，圖2（b）表示動(dòng)篩體的擺角變化曲線。從圖2（a）中可以得出，入料口在豎直方向上位移的最大值是868 mm，最小值是492 mm，兩者之差就是動(dòng)篩體入料口的振幅A=376 mm。從圖2（b）中可以看出，動(dòng)篩體擺角幅度極值差為4.7°，說明擺角φ=4.7°。AB段表示動(dòng)篩體回落時(shí)間，BC段表示動(dòng)篩體上升時(shí)間，進(jìn)而可以求出動(dòng)篩體上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的急回特性K=tBC/tAB=1.27。

修改曲柄長度L為195 mm、205 mm、210 mm，分別得出相應(yīng)的入料口位移、動(dòng)篩體擺角和急回特性，具體數(shù)據(jù)見表1。

2 向量解析法求解相關(guān)參數(shù)

用傳統(tǒng)的向量解析法來求解傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)一步驗(yàn)證ADAMS仿真結(jié)果的正確性。

2.1 建立數(shù)學(xué)模型

動(dòng)篩排矸機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以簡化為平面六桿機(jī)構(gòu)，分別用l2、l3、l4、l5、l6、l7表示驅(qū)動(dòng)盤、連桿、搖桿CD、搖桿BE、拉桿、動(dòng)篩體，l1和l8為機(jī)架，機(jī)構(gòu)簡圖如圖3所示，桿長值分別為l1=548 mm，l2=200mm，l3=347 mm，l4=527 mm，l5=556 mm，l6=419 mm，l7=4 680 mm，l8=4 308 mm。

2.2 求解角位移

由封閉四邊形ABCD和DEFG得出矢量方程：

2.3 利用Matlab軟件處理計(jì)算結(jié)果

Matlab軟件具有強(qiáng)大的計(jì)算功能，可以把上面復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算求解后，以圖表的形式輸出，得到搖桿和動(dòng)篩體角位移的運(yùn)動(dòng)曲線和數(shù)值。由Matlab軟件計(jì)算得動(dòng)篩體的擺角為0.08 rad，即4.6°，入料口振幅可按照弧長近似計(jì)算，得A=374 mm，急回特性為K=1.24。與ADAMS仿真分析結(jié)果對(duì)比，結(jié)果十分接近，這也證明了ADAMS運(yùn)動(dòng)仿真分析的結(jié)果是正確的，但ADAMS大大簡化了計(jì)算過程。

3 結(jié)論

（1）本文通過UG建模和ADAMS運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)動(dòng)篩排矸機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，求解出動(dòng)篩體的相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，相比解析法，體現(xiàn)出ADAMS在運(yùn)動(dòng)仿真分析方面的優(yōu)越性。

（2）在充分了解動(dòng)篩排矸機(jī)選煤原理后，改變4個(gè)曲柄的安裝位置所對(duì)應(yīng)曲柄的長度，用圖表和數(shù)據(jù)方便、直觀地反映出選取不同曲柄安裝位置對(duì)動(dòng)篩體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響，隨著曲柄長度的增加，動(dòng)篩體的擺角和急回特性呈增大趨勢，有利于提高選煤效率，為動(dòng)篩排矸機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝調(diào)試提供了理論基礎(chǔ)，在技術(shù)人員選擇具體安裝位置時(shí)，給予了很好的指導(dǎo)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李增剛.ADAMS入門與實(shí)例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[2]孫桓，陳作模.機(jī)械原理[M].第7版.北京：高等教育出版社，2006.

[3]呂鯤，袁揚(yáng).基于ADAMS的六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真分析[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（5）：553-559.

[4]袁揚(yáng)，王闖，王錦紅.基于ADAMS的六桿機(jī)構(gòu)仿真及優(yōu)化[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2016（8）：67-68.

[5]謝貴山，韓啟明.基于仿真分析與試驗(yàn)的整車尾門振動(dòng)異響研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2017（6）：56-59.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]