基于PRO-E和ADAMS的雙軸高效混合機(jī)建模及仿真分析

裴朝東

(廣西工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧 530003)

在飼料生產(chǎn)工藝流程中，混合機(jī)是核心設(shè)備。飼料企業(yè)的生產(chǎn)效率要以混合機(jī)的混合能力、混合時(shí)間為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)?；旌蠙C(jī)性能的好壞和工作效率高低，將直接影響企業(yè)整體生產(chǎn)效率。經(jīng)過近十年的發(fā)展，我國臥式雙軸槳葉式高效分批混合機(jī)以其獨(dú)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(yīng)用。本文以PRO-E軟件為基礎(chǔ)，結(jié)合ADAMS軟件仿真優(yōu)勢，構(gòu)建出臥式雙軸高效槳葉式混合機(jī)ADAMS模型，并對其在工作過程中轉(zhuǎn)子葉片端面線速度、端面的位移等參數(shù)進(jìn)行仿真測量，進(jìn)一步說明其工作性能及優(yōu)越性，為設(shè)計(jì)者提供參考。

1 臥式雙軸槳葉式混合機(jī)建模

臥式雙軸槳葉式混合機(jī)經(jīng)過近10年的發(fā)展，已經(jīng)形成了工作容積0.5～10 m3的系列產(chǎn)品，批次混合量達(dá)到了25～4 000 kg的廣闊范圍、所配用電機(jī)功率從0.75～55 kW不等的系列化產(chǎn)品。混合機(jī)混合室內(nèi)的混合部件主要由兩根水平橫置的轉(zhuǎn)軸及軸上安裝一定數(shù)量且相位角的槳葉組成，兩根轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動方向相反。混合機(jī)轉(zhuǎn)軸在電機(jī)鏈條的驅(qū)動下，將混合室內(nèi)的物料甩起，通過設(shè)定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速、葉片安裝角等參數(shù)，讓物料在混合機(jī)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(jìn)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(jī)為參考原型，對原型進(jìn)行簡化，初設(shè)全容積為4.5 m3，有效容積為3 m3，電機(jī)配用功率為22 kW，每批次混合量為1 500 kg，混合時(shí)間范圍為30～120 s，混合變異系數(shù)≤5%。機(jī)體采用雙ω形，設(shè)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(zhuǎn)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(jìn)行建模分析。

1.1 PRO-E機(jī)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(jī)體的零件文件名，選擇前視圖(front)作為當(dāng)前視圖進(jìn)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(cè)”拉伸出左側(cè)箱體原型。同樣，在右側(cè)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(jīng)過拉伸，創(chuàng)建出兩個高度550 mm（從原點(diǎn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(jīng)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(zhuǎn)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(nóng)發(fā)糧食倉儲管理規(guī)程》《蘇墾農(nóng)發(fā)糧食倉儲檢測細(xì)則》，24個生產(chǎn)大隊(duì)，每個大隊(duì)均有場頭曬場，配備有雙翼拔糧機(jī)，輸送機(jī)，攪糧機(jī)。大隊(duì)各自負(fù)責(zé)本大隊(duì)糧食從田間收獲直接進(jìn)場，根據(jù)水分和品種，晾曬揚(yáng)場清雜后，分門別類，快速運(yùn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhǔn)平面DTM2、DTM3、DTM4，基準(zhǔn)平面分別與主軸夾角為45°，并通過相應(yīng)基準(zhǔn)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(yùn)動仿真分析

2.1 PRO-E模型導(dǎo)入ADAMS及marker點(diǎn)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(dǎo)入ADAMS的front視圖中作為混合機(jī)箱體，選擇地面（ground）和prt_body_01零件，選擇零件上的任一點(diǎn)，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(dǎo)入上述生成的prt_padle_01.igs文件到ADAMS中的front視圖中,將其調(diào)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(zhuǎn)軸的始端,創(chuàng)建一個marker點(diǎn)marker_01,位置為(-400，0，0),在此點(diǎn)處在大地(ground)和prt_padle_ax1之間創(chuàng)建一個轉(zhuǎn)動鉸鏈JOINT_ax1，并使用move命令將其繞Y軸旋轉(zhuǎn)180°，使其能繞逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，對JOINT_ax1添加轉(zhuǎn)矩，MOTION_ax1，大小為240 d*time，相當(dāng)于每分鐘40轉(zhuǎn)。

再次導(dǎo)入上述生成的prt_padle_01.igs文件到ADAMS中的front視圖中，將其調(diào)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(zhuǎn)軸的始端,創(chuàng)建一個marker點(diǎn)marker_ax2,位置為（400，0，0），利用 move命令，將零件繞 Z軸旋轉(zhuǎn)45°，讓左右兩軸的槳葉相位相差45°。在此點(diǎn)處在大地（ground）和prt_padle_ax2之間創(chuàng)建一個轉(zhuǎn)動鉸鏈JOINT_ax2,并使用move命令將其繞Y軸旋轉(zhuǎn)180°，使其能繞逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，對JOINT_ax2添加轉(zhuǎn)矩，MOTION_ax2，大小為 240 d*time，相當(dāng)于每分鐘40轉(zhuǎn)。

兩次導(dǎo)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(shè)置為不銹鋼材料；調(diào)整到與箱體下料門相應(yīng)位置，在箱體與門之間添加一個轉(zhuǎn)動鉸鏈JOINT_door_ax1;JOINT_door_ax2;與左右下料門質(zhì)心相對應(yīng)，各創(chuàng)建兩個點(diǎn)，并將其移到相應(yīng)位置，以相應(yīng)點(diǎn)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建兩個長為300 mm的連桿，用鉸鏈將其兩兩鉸接。裝配調(diào)整好的混合機(jī)模型如圖5所示。

2.2 運(yùn)動仿真

在左右兩轉(zhuǎn)軸第一組槳葉的末端分別設(shè)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(diǎn)建立測量函數(shù)。

以左轉(zhuǎn)軸ax1第一組槳葉右槳葉末端的位置點(diǎn)marker_ax1_pd1為基礎(chǔ)，建立測量該點(diǎn)位移的測量函數(shù)marker_ax1_pd1_mea_1(如圖6所示),建立測量該點(diǎn)末端線速度測量函數(shù)marker_ax1_pd1_mea_2;以右轉(zhuǎn)軸marker_ax2_pd1點(diǎn)為對象,建立右轉(zhuǎn)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(diǎn)末端線速度測量函數(shù)marker_ax2_pd1_mea_2。設(shè)置運(yùn)行時(shí)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(jié)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(jī)各主要零件的模型,并利用PRO-E與ADAMS軟件的接口,將模型導(dǎo)向ADAMS軟件中，對各組件按要求進(jìn)行組裝并根據(jù)工作實(shí)際賦予不同的工作參數(shù)，對混合機(jī)設(shè)置不同的轉(zhuǎn)速、不同的驅(qū)動力等，可以實(shí)現(xiàn)雙軸臥式高效混合機(jī)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(diǎn)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(zhǔn)的位置、更精確的MARKER坐標(biāo)等措施，可以進(jìn)一步減少誤差。