基于MATLAB的振動(dòng)篩面上物料運(yùn)動(dòng)軌跡仿真

易啟偉

(武漢工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,湖北武漢 430023)

基于MATLAB的振動(dòng)篩面上物料運(yùn)動(dòng)軌跡仿真

易啟偉

(武漢工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院,湖北武漢 430023)

結(jié)合振動(dòng)篩實(shí)際作業(yè)工況,用MATLAB對(duì)振動(dòng)篩及篩面上物料的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了分析、編程和運(yùn)算,基于運(yùn)算所得數(shù)據(jù)與結(jié)果,對(duì)振動(dòng)篩以及篩面上物料的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了仿真輸出,產(chǎn)生由傳統(tǒng)的計(jì)算方法和分析手段難以產(chǎn)生的精確、快速和直觀的效果,為計(jì)算和分析提供了一種有效手段。

振動(dòng)篩;物料運(yùn)動(dòng)狀況;MATLAB;仿真;分析

振動(dòng)篩是一種廣泛通用的分級(jí)設(shè)備,振動(dòng)篩上物料的運(yùn)動(dòng)分析是設(shè)計(jì)和使用振動(dòng)篩時(shí)確定篩體工作參數(shù)的關(guān)鍵,由于振動(dòng)篩及其篩面上物料運(yùn)動(dòng)狀況的力學(xué)分析及計(jì)算比較復(fù)雜,且不能直接快速的給出運(yùn)動(dòng)軌跡曲線,給分析使用帶來(lái)不便。用MATLAB軟件對(duì)振動(dòng)篩及篩面上物料的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析、編程和運(yùn)算,采集由此得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究并獲取結(jié)果。對(duì)振動(dòng)篩以及篩面上物料的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行仿真輸出,有助于在理論上進(jìn)一步對(duì)物料運(yùn)動(dòng)規(guī)律與振動(dòng)篩工作參數(shù)之間關(guān)系的深入研究。同時(shí)對(duì)于設(shè)備選型、分析、振動(dòng)篩工作參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整、增強(qiáng)振動(dòng)篩的工作適應(yīng)性以及加深對(duì)引進(jìn)設(shè)備在理論上的探討都是很有幫助的。

1 篩體及物料運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算

為簡(jiǎn)化敘述,以兩種實(shí)例說(shuō)明物料運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算及運(yùn)動(dòng)軌跡仿真的過(guò)程。

1.1 工作參數(shù)

設(shè)備主要工作參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)備主要工作參數(shù)

1.2 篩體振動(dòng)強(qiáng)度和物料臨界振動(dòng)強(qiáng)度計(jì)算

篩體振動(dòng)強(qiáng)度和物料臨界振動(dòng)強(qiáng)度的計(jì)算如表2所示。

表2 篩體振動(dòng)強(qiáng)度和物料臨界振動(dòng)強(qiáng)度

1.3 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)計(jì)算

根據(jù)理論分析[1-2]可知：篩體振動(dòng)強(qiáng)度 K0大于K1、K2、K3,物料顆粒同時(shí)具備產(chǎn)生下滑、上滑和拋擲運(yùn)動(dòng)的條件。

將上述已知值代入經(jīng)處理后的數(shù)學(xué)模型 (同時(shí)求得拋始相位),利用 MATLAB[3]編程 (程序略),采集程序計(jì)算的數(shù)據(jù)后分別得出實(shí)例 1和實(shí)例 2的拋始相位ωte時(shí)的拋止相位ωtf并計(jì)算理論上滑、下滑起始相位ωtc和ωta,相應(yīng)相位計(jì)算值如表3所示。

表3 相應(yīng)相位計(jì)算值 /°

2 篩體、物料的運(yùn)動(dòng)分析及基于MATLAB的運(yùn)動(dòng)軌跡仿真

2.1 實(shí)例 1

根據(jù)物料顆粒運(yùn)動(dòng)時(shí),滑移和拋擲之間的銜接關(guān)系,可分析確定實(shí)際滑移運(yùn)動(dòng)和起止相位,由于拋擲運(yùn)動(dòng)的拋止相位ωtf=268°大于上滑運(yùn)動(dòng)的始滑相位ωtc=208°,故實(shí)際上滑運(yùn)動(dòng)的始滑相位等于拋擲運(yùn)動(dòng)的拋止相位,即ωtcs=ωtf=268°,令理論上滑速度=0,可計(jì)算出實(shí)際上滑止滑相位ωtds=383°。

由于上滑止滑相位ωtds(=383°)-360°小于拋擲運(yùn)動(dòng)的始拋相位ωta(=36°),故產(chǎn)生下滑運(yùn)動(dòng),實(shí)際下滑始滑相位ωtas=ωtds-360°=23°,實(shí)際下滑終止相位為下一個(gè)循環(huán)周期中的拋始相位ωtbs=ωte=36°。振動(dòng)篩與篩面上物料的拋擲與滑移運(yùn)動(dòng)銜接關(guān)系可基于MATLAB編程顯示其運(yùn)動(dòng)軌跡仿真圖如圖1所示。

圖1 拋擲與滑移運(yùn)動(dòng)銜接關(guān)系的運(yùn)動(dòng)軌跡仿真圖 (實(shí)例 1)

從圖中可清楚地看到物料顆粒的運(yùn)動(dòng)過(guò)程：36°(第一周)起跳→268°落回篩面→開(kāi)始上滑→383°(第二周)上滑結(jié)束開(kāi)始下滑→396°下滑結(jié)束,開(kāi)始第二次拋擲起跳運(yùn)動(dòng)。

此例中雖然物料產(chǎn)生了拋擲加滑移運(yùn)動(dòng),但從物料運(yùn)動(dòng)軌跡圖中可以看出,其物料顆粒相對(duì)起跳高度較小,對(duì)于起跳高度要求較大的篩分工藝而言,還需要調(diào)整振動(dòng)方向角β和篩面傾角α。

2.2 實(shí)例 2

由于拋擲運(yùn)動(dòng)的拋止相位ωtf=322°,大于上滑運(yùn)動(dòng)的始滑相位ωtc=227°,故實(shí)際上滑運(yùn)動(dòng)的始滑相位等于拋擲運(yùn)動(dòng)的拋止相位ωtcs=ωtf=322°,令=0,可計(jì)算出實(shí)際上滑止滑相位ωtds=331°,計(jì)算出下滑始滑相位ωta=366°。

由于上滑止滑相位ωtds(=331°)＜下滑始滑相位 ωta(=336°) ＜拋始相位 ωte(=385°),故上滑終止和下滑開(kāi)始間有一段時(shí)間處于靜止 (366°-331°=35°)到 366°時(shí) ,開(kāi)始下滑 ,到 385°停止下滑 ,再跳起,開(kāi)始新一輪循環(huán)。振動(dòng)篩與篩面上物料的拋擲與滑移運(yùn)動(dòng)銜接關(guān)系可基于MATLAB編程顯示其運(yùn)動(dòng)軌跡仿真圖如圖2所示。

圖2 拋擲與滑移運(yùn)動(dòng)銜接關(guān)系的運(yùn)動(dòng)軌跡仿真圖 (實(shí)例 2)

相對(duì)實(shí)例 1而言,由于改變了振動(dòng)方向角β(130°改至 135°)及篩面傾角 α(4°改至 8°),改動(dòng)雖不大,且同樣是拋擲和滑移運(yùn)動(dòng),但滑移運(yùn)動(dòng)的實(shí)際情況有所改變,且主要改變是物料顆粒跳離篩面的最大距離是前者的 2倍左右,約為 4 mm,有利于物料篩分穿孔。由此可清楚看出,分析不同篩面上物料的運(yùn)動(dòng)軌跡,對(duì)于確定篩面運(yùn)動(dòng)參數(shù),提高振動(dòng)篩工作適應(yīng)性非常重要的。

3 結(jié)論

通過(guò)兩個(gè)實(shí)例,用MATLAB軟件對(duì)振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)參數(shù)模型進(jìn)行編程和運(yùn)算,并對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了仿真輸出,得出大量的數(shù)據(jù)及圖形供采集后進(jìn)行分析、比較。利用本文的分析方法及相應(yīng)的程序,可以在計(jì)算機(jī)上輸入不同的參數(shù)編程計(jì)算,并得到振動(dòng)篩與物料拋擲與滑移運(yùn)動(dòng)的銜接關(guān)系運(yùn)動(dòng)軌跡圖,這對(duì)于在實(shí)踐中進(jìn)一步摸索、設(shè)計(jì)、調(diào)制出更多具有不同特點(diǎn)的物料運(yùn)動(dòng)狀況,為振動(dòng)篩實(shí)現(xiàn)更好的篩分效果或更高的產(chǎn)量、提高其工作適應(yīng)性提供了一種有效手段。

[1] 顧堯臣.糧食加工設(shè)備工作原理、設(shè)計(jì)和應(yīng)用[M].武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社,1998.

[2] 劉協(xié)舫,鄭曉,丁應(yīng)生,等.食品機(jī)械 [M].武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社,2002.

[3] 李麗.MATLAB工程計(jì)算及應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社,2001.

[4] 唐敬麟.破碎與篩分機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2001.

[5] 肖旭林.食品加工機(jī)械與設(shè)備[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社,2000.

Simulation of the moving path of materials on screen surface based on MATLAB

YI Qi-wei
(School of Mechanical Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China)

Considering the actual working conditions of the vibrating screen,the movement of the vibrating screen and the materials on its screen surface was analyzed,programmed and calculated by MATLAB software,and the moving paths of them were also simulated based on the calculating data and results.It is revealed that this approach is more accurate,rapid and visualized than the traditional calculating and analytical methods,which provides an effective means for calculation and analysis.

vibrating screen;movement status of materials;MATLAB;simulation;analysis

TS 210.3

A

1009-4881(2010)01-0029-03

10.3969/j.issn.1009-4881.2010.01.009

2009-07-20.

易啟偉 (1952-),男,副教授,E-mail：qiweiyi@126.com.