吳軍永，張保偉*,付云峰

（河北蘋樂面粉機(jī)械集團(tuán)有限公司，河北 正定 050800）

FSFG6是一種6倉高方平篩，是面粉廠的主要篩理設(shè)備，對研磨后各系統(tǒng)的磨下物起篩理和分級作用[1]。其主要工作部件是篩體，篩體通過傳動裝置驅(qū)動作平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動[2]，篩體由6個篩倉組成，每個篩倉由若干個篩格疊置而成，可組成多樣化的篩理路線，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、篩路可長短變化、篩格互換性強(qiáng)、更換維修方便、篩路靈活、分級細(xì)致、篩理效率高等特點。在現(xiàn)代制粉工藝過程中，占著相當(dāng)重要的地位，被稱為制粉行業(yè)的三大主機(jī)之一，其主要作用在于把研磨后的谷物混合物進(jìn)行篩理和分級，按散粒的物理特性分選成具有不同大小和品質(zhì)的物料，從而達(dá)到制取各種等級面粉的目的，同時也可作為打包前的檢查篩使用，被廣泛用于化工、醫(yī)藥、塑料及冶金等行業(yè)粉末狀物料的篩理和分級。

Solid Works是一款基于參數(shù)化實體特征的CAD設(shè)計軟件，simulation是一款基于有限元 （即FEA數(shù)值）技術(shù)的設(shè)計分析軟件，以Windows平臺為應(yīng)用環(huán)境，將仿真界面、仿真流程集成到Solid Works的設(shè)計過程中，提供了單一屏幕解決方案來進(jìn)行應(yīng)力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析，以FSFG6高方平篩為分析對象，應(yīng)用Solid-Works建立其實體模型，并基于FEA數(shù)值分析方法，借助軟件插件Motion對其正常工作時的運(yùn)動狀態(tài)做機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和動力學(xué)分析，得到其主要承力部件篩體框架結(jié)構(gòu)和篩箱部分的受力狀態(tài)及運(yùn)動軌跡、速度和加速度的運(yùn)動狀態(tài)。

1 主體結(jié)構(gòu)與分析流程

1.1 主體結(jié)構(gòu)

FSFG 6倉高方平篩由篩箱、傳動箱、吊掛橫梁、篩格等部分組成[2]，裝有傳動裝置的傳動箱與其兩側(cè)裝有一定數(shù)量篩格的篩箱通過螺栓連接在一起，并通過篩體吊掛橫梁連接組成高方平篩篩體，篩體分為兩個對稱的篩箱，每個篩箱由3個篩倉組成，共6個篩倉，如圖1、圖2所示。

圖1 FSFG 6高方平篩主體結(jié)構(gòu)圖

圖2 傳動箱與篩箱框架三維模型

每個篩倉內(nèi)置若干個篩格，帶有偏重塊的主軸傳動裝置安裝在篩體的中心，由自帶的電動機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，整個篩體由吊掛裝置吊裝在廠房的大梁或鋼架上，整個篩體做平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動，偏重塊可水平調(diào)節(jié)和上下調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)回轉(zhuǎn)直徑和偏重塊重心高低的調(diào)整。

1.2 分析流程

仿真分析流程見圖3。

圖3 仿真分析流程

2 運(yùn)動和動力學(xué)分析

對高方平篩正常工作時的運(yùn)動狀態(tài)做機(jī)構(gòu)的運(yùn)動和動力學(xué)分析，通過這種分析可以得到其主要承力部件傳動箱框架和篩箱框架比較直觀的受力狀態(tài)、運(yùn)動軌跡、速度及加速度等運(yùn)動狀態(tài)[3]。

2.1 模型簡化與參數(shù)提取

為減少有限元節(jié)點的數(shù)量，提高計算效率，去除圓角、小孔等不影響整體分析的一些結(jié)構(gòu)特征來進(jìn)行模型簡化[4]，并對簡化后的傳動箱框架和篩箱框架進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，因分析對象多為型材焊接結(jié)構(gòu)，此次分析采用二階六節(jié)點殼單元，篩箱組合劃分單元為140 739個，節(jié)點為279 414個；鋼架焊合劃分單元為46 606個，節(jié)點為96 807個，分析對象的網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)如圖4所示。

圖4 高方平篩簡化模型

由Solidworks質(zhì)量屬性測量可得偏心軸轉(zhuǎn)動部件質(zhì)量676 kg，篩體質(zhì)量 （除偏心軸轉(zhuǎn)動部件）3410kg，已知偏心軸轉(zhuǎn)動部件轉(zhuǎn)速245 r/min，6倉物料質(zhì)量約900 kg，水平阻尼0.10 N/mm/s（模擬空氣和摩擦阻尼），仿真計算運(yùn)動時間60 s，簡化后的運(yùn)動分析模型及質(zhì)量、質(zhì)心的分布見 圖5～圖6。

圖5 篩體質(zhì)量質(zhì)心

圖6 轉(zhuǎn)動部件質(zhì)量質(zhì)心

2.2 運(yùn)動和動力學(xué)分析結(jié)果

運(yùn)行Motion分析，我們可以得到高方平篩上任意零部件，任意點的運(yùn)動軌跡，速度，加速度，角速度，角加速度等運(yùn)動參數(shù)；同時還可以得到任意兩個運(yùn)動副連接件之間的相互作用力或力矩。圖7～圖9是高方平篩運(yùn)動和動力學(xué)分析后的輸出結(jié)果界面及力、運(yùn)動軌跡等結(jié)果[5-6]。

圖7 高方平篩運(yùn)動與動力學(xué)結(jié)果界面

圖8 傳動軸中心和篩箱左下角樣點運(yùn)動軌跡俯視圖

圖9 傳動軸中心和篩箱左下角樣點運(yùn)動軌跡放大俯視圖

因分析中給有一定的阻尼，篩體從靜止啟動到穩(wěn)定運(yùn)行需要一定時間，所以1 min后篩體的運(yùn)動就基本穩(wěn)定了，高方平篩傳動軸中心運(yùn)動軌跡時序如圖10所示，對應(yīng)時間見表1。

圖10 高方平篩傳動軸中心運(yùn)動軌跡時序圖

表1 高方平篩傳動軸中心運(yùn)動軌跡時序表

3 結(jié)論

（1）從時序圖中可以看到，隨著時間的推移，運(yùn)動軌跡逐漸趨于圓形并向標(biāo)準(zhǔn)圓所在的位置靠近。

（2）從理論上講，偏心軸重心和篩箱組合的重心應(yīng)設(shè)計在一個水平面內(nèi)，這樣篩機(jī)在工作時各點的運(yùn)動軌跡就是相同的。但實際工作中很難保證這兩個重心嚴(yán)格位于同一個水平面內(nèi)，允許二者有一定誤差但不能過大。由圖7～圖10分析結(jié)果顯示，盡管這兩個點上下左右前后距離相差很遠(yuǎn)，但篩體運(yùn)動穩(wěn)定后的軌跡都是一直徑為70 mm的圓，這說明該篩的重心設(shè)計沒有太大問題。

（3）由圖7高方平篩運(yùn)動和動力學(xué)分析結(jié)果可得篩體中傳動箱框架和篩箱框架任意連接點的作用力和反作用力[7]，其上排、中排、下排5個樣點的平均作用力為1 250 N、1 200 N和1 280 N，說明篩體重心和吊掛橫梁位置合理,同時其作用力也可作為載荷為結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和模態(tài)分析提供數(shù)據(jù)支持。