夏 力，馬志好

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

偏心塊質(zhì)量差異對直線振動篩性能的影響

夏 力1,2，馬志好1,2

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心，河北 唐山 063012)

為探索偏心塊質(zhì)量差異對直線振動篩性能的影響程度，以ZK24525直線振動篩為研究對象，通過PRO/E建立該篩機的動力學模型，并利用虛擬樣機技術(shù)對其進行動力學仿真分析。仿真結(jié)果表明：振動器兩軸上偏心塊較小的質(zhì)量差異(≤0.30 kg)對直線振動篩的振動有一定影響，但不會影響整機性能。

直線振動篩；虛擬樣機技術(shù)；動力學仿真；偏心塊質(zhì)量；影響因素

直線振動篩由振動器、篩箱、彈性元件等組成，振動器兩軸上的偏心塊質(zhì)量和偏心距均相等[1-4]。當兩振動器作同步反向運轉(zhuǎn)時，其受到的離心力大小相等，方向相反；此時，沿振動方向產(chǎn)生簡諧力，簡諧力的大小為兩軸偏心塊質(zhì)量產(chǎn)生的離心力之和，該力通過篩箱的質(zhì)心使其做定向往復直線振動[5-7]。

直線振動篩工作過程中存在同型號的不同篩機振動情況明顯不同的問題，有時還會出現(xiàn)篩機橫向振動較大的情況[8]。偏心塊作為振動器的關(guān)鍵零部件，對篩機的振動情況有重要影響。鑄造、加工成形后，同臺篩機的偏心塊質(zhì)量存在一定差異。為探索這種質(zhì)量差異對直線振動篩性能的影響程度，以中煤科工集團唐山研究院有限公司的ZK24525直線振動篩為研究對象，利用PRO/E建立該篩機的三維模型，并通過虛擬樣機技術(shù)對其進行動力學仿真分析。通過改變兩偏心塊的質(zhì)量，分析質(zhì)量差異對直線振動篩性能的影響。

1 模型的建立

1.1 建模依據(jù)

ZK24525直線振動篩結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：篩機質(zhì)量為5 126 kg,篩面尺寸為5.25 m×2.4 m,彈簧剛度為300 kg/cm，工作頻率為16 Hz，電機轉(zhuǎn)速為960 r/min。

依據(jù)直線振動篩的實際尺寸建立篩機模型，在建模過程中通過施加約束來限制和定義機械系統(tǒng)中各零部件的連接方式和相對運動方式。將偏心塊設置為轉(zhuǎn)動連接，其余部位均設置成剛性連接；將剛度大、質(zhì)量小的隔振彈簧簡化成無質(zhì)量的彈簧剛度，并將其內(nèi)部阻尼簡化成等效線性阻尼[9-10]。

1.2 仿真分析模型的建立

利用PRO/E建立ZK24525直線振動篩的三維模型，如圖1所示。為研究該篩機不同位置的運動情況，在其出料端至入料端的側(cè)板上依次選取3個監(jiān)測點，分別標記為1、2、3。其中，監(jiān)測點2位于振動篩激振力方向上，監(jiān)測點1和3分別距出料端和入料端各200 mm。偏心塊位置標記為A。

圖1 ZK24525直線振動篩的三維模型

利用PRO/E的Mechanism機構(gòu)動力分析模塊，在建立的三維模型中添加約束和運動，施加載荷，得到系統(tǒng)的剛?cè)狁詈蟿恿W模型。為建立的模型設置仿真分析參數(shù)，再進行動力學分析。兩振動器軸間設置1∶1的齒輪傳動連接，保證其做相向轉(zhuǎn)動，且速度相同；在下側(cè)的振動器軸上設置轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為960 r/min；在篩機的前后四個支撐位置設置支撐載荷；設置彈簧剛度為300 N/mm。ZK24525直線振動篩仿真分析模型如圖2所示。

圖2 ZK24525直線振動篩仿真分析模型

2 動力學仿真結(jié)果及分析

完成ZK24525直線振動篩的仿真后，輸出各監(jiān)測點的運動軌跡和位移曲線，據(jù)此分析不同位置的運動情況。

2.1 運動軌跡

各監(jiān)測點的運動軌跡如圖3所示。由圖3可知：監(jiān)測點1和2的運動軌跡為明顯的直線，監(jiān)測點3的運動軌跡為細長的橢圓形，這與振動篩的重心不在激振力作用方向上有關(guān)。從出料端至入料端的3個監(jiān)測點的運動軌跡與水平方向的夾角依次減小，監(jiān)測點3的運動軌跡與水平方向的夾角明顯最小，這與直線振動篩的實際振動情況一致。入料端較小的振動方向角有利于物料的快速擴散，出料端較大的振動方向角有利于高效篩分，這樣的振動有利于振動篩的高效運轉(zhuǎn)。

圖3 各監(jiān)測點的運動軌跡

2.2 位移曲線

從仿真結(jié)果中可以查看各監(jiān)測點隨振動時間的位移情況，各監(jiān)測點3 s內(nèi)的水平方向和豎直方向位移曲線如圖4、圖5、圖6所示。

由圖4、圖5、圖6可知：振動篩在水平方向和豎直方向的運動均為簡諧運動。由于共振的影響，在啟動后的2 s內(nèi)篩機水平方向和豎直方向的位移波動均較大，2 s后趨于平穩(wěn)，振動篩處于正常工作狀態(tài)。

從圖4、圖5、圖6可以直觀的看出振動篩穩(wěn)定工作時各監(jiān)測點的水平位移和豎直位移，計算篩機振幅(雙振幅)和振動方向角，結(jié)果如表1所示。由表1可知：振動篩的振動方向角變化情況與前面分析一致。

表1 篩機振幅和振動方向角

圖4 監(jiān)測點1的位移曲線

圖5 監(jiān)測點2的位移曲線

3 偏心塊質(zhì)量差異對篩機性能的影響

據(jù)統(tǒng)計，實際生產(chǎn)中直線振動篩兩偏心塊的質(zhì)量差異不大于0.20 kg，試驗選取的兩偏心塊質(zhì)量差異為0.30 kg。經(jīng)計算，偏心塊上一個φ25 mm的通孔廢料質(zhì)量為0.30 kg。為驗證直線振動篩振動器兩軸上的偏心塊質(zhì)量差異對振動篩性能的影響，在圖2中A處的邊緣鉆一個φ25 mm的通孔，并對其進行動力學仿真分析，結(jié)果如圖7、圖8、圖9所示。

圖7 監(jiān)測點1的位移曲線

圖8 監(jiān)測點2的位移曲線

圖9 監(jiān)測點3的位移曲線

從圖7、圖8、圖9找出各監(jiān)測點的水平方向和豎直方向位移，計算振幅(雙振幅)和振動方向角(表2)。對比表1與表2數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：直線振動篩兩偏心塊的質(zhì)量發(fā)生較大變化，即質(zhì)量減少0.30 kg，但篩機振幅和振動方向角并沒有明顯變化。

表2 篩機振幅和振動方向角

4 結(jié)論

通過對ZK24525直線振動篩進行動力學仿真分析，可得出如下結(jié)論：

(1)各監(jiān)測點的運動軌跡形狀不同，從出料端至入料端各運動軌跡與水平方向的夾角依次減小，這與直線振動篩的實際振動情況一致，有利于篩機的高效運轉(zhuǎn)。ZK24525直線振動篩三維模型的動力仿真結(jié)果與篩機實際振動情況相符，證明了模型的有效性。

(2)振動器兩軸上偏心塊質(zhì)量較小的差異(≤0.30 kg)對振動篩的振動有一定影響，但不會影響整機性能。

(3)利用虛擬樣機技術(shù)可直觀地再現(xiàn)振動篩工作時的振動情況，為優(yōu)化和改進篩機性能提供理論基礎，且能縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低研發(fā)成本。

[1] 霍鵬飛，楊潔明，任錫義，等. 基于Pro/E和ADAMS的直線振動篩動力學仿真[J].煤礦機電，2010(3)：14-16.

[2] 張振坤.基于虛擬樣機技術(shù)的慣性式振動篩機械動力學研究[D].秦皇島：燕山大學，2012.

[3] 陸 信.無強迫聯(lián)系雙軸慣性激振器運動狀態(tài)分析[J].礦山機械，1975(3)：36-45.

[4] 朱維兵，晏靜江. 虛擬樣機技術(shù)在振動篩動力學分析中的應用[J].鉆采工藝，2005，28(3)：77-79.

[5] 李增彬.基于虛擬樣機技術(shù)的振動篩動力學分析及優(yōu)化設計[D].太原：太原理工大學，2010.

[6] 張 立，仲梁維.直線振動篩的動力學和疲勞分析[J].上海理工大學學報，2009,31(3):299-302.

[7] Gianni Ferretti, GianAntonio Magnani, Paolo Rocco. Virtual prototyping of mechatronic systems[J]. Annual Reviews in Control, 2004,28(2):193-206

[8] 劉曉燕，于曉光.大型直線振動篩的動力學分析[J].鞍山科技大學學報，2003,26(2)：119-121.

[9] 馬學東，王瑞昌.直線振動篩篩幫動力學模型的建立與分析[J].煤礦機械，2000(10)：2-4.

[10] 趙春云，葉曉春，王得剛，等.反向回轉(zhuǎn)雙機驅(qū)動振動系統(tǒng)的自同步理論[J].機械工程學報，2009(9)：24-25.

Effect of difference in eccentric block mass on performance of linear vibrating screen

XIA Li1,2, MA Zhi-hao1,2

(1. China Coal Technology & Engineering Group Tangshan Research Institute Co Ltd, Tangshan, Hebei 063012, China; 2.Coal Preparation Engineering & Technology Research Center in Hebei Province, Tangshan, Hebei 063012, China)

To understand the effect of difference in eccentric block mass on performance of linear vibrating screen, ZK24525 vibrating screen is studied by using PRO/E to establish dynamic model and then the dynamic stimulation is analyzed by virtual prototype technology. The results show that less difference(≤0.30 kg)in eccentric block mass has little effect on linear vibrating screen.

linear vibrating screen; virtual prototyping technology; dynamic simulation; eccentric block mass; influence factors

1001-3571(2015)01-0009-04

TD941+.3

A

2015-01-27

10.16447/j.cnki.cpt.2015.01.003

夏 力(1987—)，男，河北省唐山市人，助理工程師，從事選煤裝備的研究與開發(fā)工作。

E-mail:284934348@qq.com Tel: 18733338558