裴朝東

(廣西工商職業(yè)技術學院，廣西南寧 530003)

在飼料生產工藝流程中，混合機是核心設備。飼料企業(yè)的生產效率要以混合機的混合能力、混合時間為核心進行設計?；旌蠙C性能的好壞和工作效率高低，將直接影響企業(yè)整體生產效率。經過近十年的發(fā)展，我國臥式雙軸槳葉式高效分批混合機以其獨特的混合方式及高效的混合性能，越來越受到企業(yè)的歡迎，在大中型飼料企業(yè)中得到廣泛的應用。本文以PRO-E軟件為基礎，結合ADAMS軟件仿真優(yōu)勢，構建出臥式雙軸高效槳葉式混合機ADAMS模型，并對其在工作過程中轉子葉片端面線速度、端面的位移等參數(shù)進行仿真測量，進一步說明其工作性能及優(yōu)越性，為設計者提供參考。

1 臥式雙軸槳葉式混合機建模

臥式雙軸槳葉式混合機經過近10年的發(fā)展，已經形成了工作容積0.5～10 m3的系列產品，批次混合量達到了25～4 000 kg的廣闊范圍、所配用電機功率從0.75～55 kW不等的系列化產品?；旌蠙C混合室內的混合部件主要由兩根水平橫置的轉軸及軸上安裝一定數(shù)量且相位角的槳葉組成，兩根轉軸轉動方向相反?；旌蠙C轉軸在電機鏈條的驅動下，將混合室內的物料甩起，通過設定轉軸轉速、葉片安裝角等參數(shù)，讓物料在混合機中央部位，形成了流態(tài)混合區(qū)（又稱失重區(qū)等）。在失重狀態(tài)下的物料形成渦流作用，進一步提高了混合效率及混合均勻度，降低了變異系數(shù)。

本文以SSHJ3臥式混合機為參考原型，對原型進行簡化，初設全容積為4.5 m3，有效容積為3 m3，電機配用功率為22 kW，每批次混合量為1 500 kg，混合時間范圍為30～120 s，混合變異系數(shù)≤5%。機體采用雙ω形，設兩軸中心距為800 mm，軸長為1 600 mm，殼體采用不銹鋼材料，壁厚10 mm，葉片與軸安裝角45°，每軸安裝4組葉片，每組葉片對稱排列，外箱體半徑500 mm；轉軸半徑20 mm（中段可中空），葉片基軸半徑10 mm。葉片厚度10 mm，葉片外沿半徑為500 mm，與箱體間隙保持5 mm等隙進行建模分析。

1.1 PRO-E機體建模

打開creo(PRO-E野火版2.5以上)，選擇工作目錄，創(chuàng)建文件名為prt_body_01.prt作為機體的零件文件名，選擇前視圖(front)作為當前視圖進行草繪，草繪一個半徑為500 mm的圓，通過拉伸工具，并選擇“在各方向上以指定深度值的一半拉伸草繪平面的雙側”拉伸出左側箱體原型。同樣，在右側400 mm處，以同樣方法草繪并拉伸出一個半徑為500 mm的右箱體原型；選擇top為草繪平面，方向向上，在箱體的上面表面,創(chuàng)建出兩個300 mm×300 mm，中心距為580 mm的矩形，選擇“從草繪平面以指定的深度值拉伸”，經過拉伸，創(chuàng)建出兩個高度550 mm（從原點向上）的投料口原型。

選擇“殼”工具，將箱體原型抽殼為壁厚10 mm的外箱體零件；

選擇兩個上投料口頂面為基準面，利用拉伸工具中的“去除材料”，將兩個上投料口開口。

選擇top為基準平面，方向向上，利用草繪、拉伸、去除材料等方式，在左右兩個箱體的中心線處，各創(chuàng)建一個投影面為300 mm×600 mm的下料口。經過以上步驟，所創(chuàng)建的箱體模型如圖1所示。

將文件保存副本為prt_body_01.igs文件，保存類型為曲面。

1.2 下料門建模

打開creo，選擇前視圖（front）為草繪平面，利用拉伸工具，創(chuàng)建一個半徑為500 mm，厚為10 mm，投影面寬為300 mm，長為600 mm的下料門，文件名為 prt_door_01.prt，如圖2所示。將文件保存副本為prt_door_01.igs文件，保存類型為曲面。

1.3 轉軸及槳葉建模

打開creo，以前視圖（front）為草繪平面，創(chuàng)建文件prt_padle_01.prt，用來創(chuàng)建槳葉組件；

6萬畝水稻收獲上場，品種多，而且是種子糧、訂單糧，對場頭管理要求高。新洋分公司執(zhí)行《蘇墾農發(fā)糧食倉儲管理規(guī)程》《蘇墾農發(fā)糧食倉儲檢測細則》，24個生產大隊，每個大隊均有場頭曬場，配備有雙翼拔糧機，輸送機，攪糧機。大隊各自負責本大隊糧食從田間收獲直接進場，根據(jù)水分和品種，晾曬揚場清雜后，分門別類，快速運轉離場，減輕場頭壓力。

以front為草繪平面，通過對稱拉伸的方式，創(chuàng)建直徑為40 mm，長為1 600 mm的轉軸。草繪名稱為“主軸”；

以top為草繪平面，通過對稱的拉伸的方式，創(chuàng)建直徑為20 mm，長為600 mm的槳葉軸。草繪名稱為“槳葉軸1”；

以right為草繪平面，通過對稱拉伸的方式，創(chuàng)建直徑為20 mm，長為600 mm的槳葉軸。草繪名稱為“槳葉軸2”；

分別以穿過各槳葉軸中心線的方式，創(chuàng)建基準平面DTM2、DTM3、DTM4，基準平面分別與主軸夾角為45°，并通過相應基準平面,在槳葉軸的末端創(chuàng)建槳葉。

各草繪及拉伸的名稱模型樹如圖3所示。

創(chuàng)建的槳葉組件如圖4所示。

將文件保存副本為prt_padle_01.igs文件，保存類型為曲面。

2 運動仿真分析

2.1 PRO-E模型導入ADAMS及marker點的創(chuàng)建

利用ADAMS菜單file中的import命令,將上述生成的prt_body_01.igs導入ADAMS的front視圖中作為混合機箱體，選擇地面（ground）和prt_body_01零件，選擇零件上的任一點，對零件prt_body_01添加一個固定約束joint_1，將其固定安裝在地面上。

利用import命令，導入上述生成的prt_padle_01.igs文件到ADAMS中的front視圖中,將其調整到上述箱體左軸承孔位置(-400,0，0),將零件重命名為prt_padle_ax1;在左轉軸的始端,創(chuàng)建一個marker點marker_01,位置為(-400，0，0),在此點處在大地(ground)和prt_padle_ax1之間創(chuàng)建一個轉動鉸鏈JOINT_ax1，并使用move命令將其繞Y軸旋轉180°，使其能繞逆時針方向轉動，對JOINT_ax1添加轉矩，MOTION_ax1，大小為240 d*time，相當于每分鐘40轉。

再次導入上述生成的prt_padle_01.igs文件到ADAMS中的front視圖中，將其調整到上述箱體右軸承孔位置(400，0，0),將零件重命名為 prt_padle_ax2，選中該零件,在右轉軸的始端,創(chuàng)建一個marker點marker_ax2,位置為（400，0，0），利用 move命令，將零件繞 Z軸旋轉45°，讓左右兩軸的槳葉相位相差45°。在此點處在大地（ground）和prt_padle_ax2之間創(chuàng)建一個轉動鉸鏈JOINT_ax2,并使用move命令將其繞Y軸旋轉180°，使其能繞逆時針方向轉動，對JOINT_ax2添加轉矩，MOTION_ax2，大小為 240 d*time，相當于每分鐘40轉。

兩次導入上述生成的prt_door_01.igs文件，分別重命名為part_door_01,part_door_02，材料設置為不銹鋼材料；調整到與箱體下料門相應位置，在箱體與門之間添加一個轉動鉸鏈JOINT_door_ax1;JOINT_door_ax2;與左右下料門質心相對應，各創(chuàng)建兩個點，并將其移到相應位置，以相應點為基礎，創(chuàng)建兩個長為300 mm的連桿，用鉸鏈將其兩兩鉸接。裝配調整好的混合機模型如圖5所示。

2.2 運動仿真

在左右兩轉軸第一組槳葉的末端分別設置一個marker,名稱分別為marker_ax1_pd1,marker_ax2_pd1,用于測量槳葉末端的位移和線速度。分別對以上2個marker點建立測量函數(shù)。

以左轉軸ax1第一組槳葉右槳葉末端的位置點marker_ax1_pd1為基礎，建立測量該點位移的測量函數(shù)marker_ax1_pd1_mea_1(如圖6所示),建立測量該點末端線速度測量函數(shù)marker_ax1_pd1_mea_2;以右轉軸marker_ax2_pd1點為對象,建立右轉軸第一組槳葉左槳葉末端的測量函數(shù)marker_ax2_pd1_mea_1;建立測量該點末端線速度測量函數(shù)marker_ax2_pd1_mea_2。設置運行時間為50 s，步長(step)為5 000，以上函數(shù)的測量值如圖7所示。

3 結果測試及分析

綜上所述，利用PRO-E建模方法，可以精確創(chuàng)建混合機各主要零件的模型,并利用PRO-E與ADAMS軟件的接口,將模型導向ADAMS軟件中，對各組件按要求進行組裝并根據(jù)工作實際賦予不同的工作參數(shù)，對混合機設置不同的轉速、不同的驅動力等，可以實現(xiàn)雙軸臥式高效混合機的高仿真度的不同工作狀態(tài)。

仿真過程中出現(xiàn)的誤差，主要由ADAMS中marker點的選擇精度、尺寸精度、對零件模型賦予的材料不同等因素引起。通過采用更高的精度、更精準的位置、更精確的MARKER坐標等措施，可以進一步減少誤差。