小型泥漿平動(dòng)橢圓振動(dòng)篩數(shù)字樣機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真

范 鵬 張 杰

（四川理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，四川 自貢643000）

0 引言

目前，篩分機(jī)械在采礦、石油開(kāi)采行業(yè)中的運(yùn)用十分廣泛。由于兼具直線(xiàn)振動(dòng)篩和圓振動(dòng)篩各自的優(yōu)點(diǎn)［1－2］，筆者基于虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)GW－S1［3］型小型泥漿振動(dòng)篩進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真，希望能為泥漿篩制造提供參考。

1 泥漿振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)

泥漿篩主要包括激振器、篩箱以及隔振裝置，其中激振器由一對(duì)規(guī)格不同的偏心塊組成，篩箱包括側(cè)板、篩網(wǎng)、L梁、圓橫梁等，采用一次隔振裝置減振。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)兩激振器工作時(shí)，基于力心理論［4］，泥漿篩在自重和強(qiáng)大的交變激振力作用下進(jìn)行平動(dòng)橢圓的軌跡運(yùn)動(dòng)。

篩箱通過(guò)固定的4個(gè)支座支撐，篩面與地面傾角介于－1°～5°。篩箱支座與基座由4個(gè)圓柱螺旋壓縮鋼彈簧連接，兩側(cè)板之間由8根L型梁連接，包括一對(duì)圓橫梁的支撐增加篩箱橫向剛度，兩側(cè)板外側(cè)焊接6根直梁增加篩框縱向穩(wěn)定性。

2 振動(dòng)篩仿真軌跡分析

2．1 主要參數(shù)的確定

根據(jù)文獻(xiàn)［5］，針對(duì)泥漿篩運(yùn)動(dòng)工況，為實(shí)現(xiàn)合理篩分效果，采用以下設(shè)計(jì)參數(shù)：電機(jī)轉(zhuǎn)速1 500 r／min，振動(dòng)篩振幅≥3 mm，橢圓長(zhǎng)軸傾角0°，橢圓度1∶4。

設(shè)計(jì)的振動(dòng)篩總質(zhì)量為226．574 kg，考慮激振器啟動(dòng)過(guò)共振區(qū)［6］，基于標(biāo)準(zhǔn) GB／T2089—94選用圓柱螺旋壓縮鋼彈簧YB8×90×220。

2．2 模型的導(dǎo)入

由SolidWorks建立簡(jiǎn)易模型，創(chuàng)建篩箱、激振器、彈簧支座等部件，裝配并導(dǎo)入。在Adams中振動(dòng)篩各部件相互獨(dú)立，不存在裝配中相互約束關(guān)系，故需設(shè)置約束副實(shí)現(xiàn)各部件運(yùn)動(dòng)的關(guān)聯(lián)。各約束關(guān)系如表1所示。

表1 小型泥漿平動(dòng)橢圓振動(dòng)篩各部件約束關(guān)系

同時(shí)，對(duì)篩箱支座與底板之間設(shè)置軸套力約束。選用彈簧縱向剛度為26．8 N／mm，按相關(guān)公式［7－8］計(jì)算各向剛度及阻尼值。在篩體所處環(huán)境Z向施加重力約束，值為－9 806 kg·mm／s2，材料密度7 850 kg／m3。圖1為添加約束后的模型。

圖1 振動(dòng)篩約束模型

3 振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)置

在 Adams－View模塊中設(shè)置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速為9 000 d／s，End Time為5 s，Steps為4 000，施加運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。

4 仿真結(jié)果分析

4．1 靜力分析

在動(dòng)力學(xué)分析之前，需進(jìn)行靜力分析，求得施加在隔振裝置上的預(yù)載荷［9］，檢驗(yàn)彈簧參數(shù)的合理性。

泥漿篩在自重下，隔振彈簧受迫變形，其變形量為靜位移。根據(jù)理論公式［9］，振動(dòng)篩縱向靜位移為65 mm。即：

篩體在自重作用下壓縮彈簧，由于阻尼，間歇振蕩的振幅會(huì)逐漸降低，最終為0。根據(jù)圖2，泥漿篩振動(dòng)經(jīng)過(guò)3 s過(guò)后，最終彈簧Z向靜壓縮量為Z0＝65．081 5 mm。與理論值基本一致，驗(yàn)證了模擬效果的正確性。

圖2 篩體重力作用下Z向位移隨時(shí)間變化

在Y向，在安裝激振器過(guò)程中，保證力心過(guò)整個(gè)泥漿篩的質(zhì)心極其困難，只要保證工程所需精度即可。由模擬結(jié)果可知，由起始到穩(wěn)定后，前后位置相差Y0＝0．096 5 mm，這與理論值0接近，滿(mǎn)足工程運(yùn)用要求。Y向振動(dòng)變化趨勢(shì)如圖3所示。

4．2 振動(dòng)位移分析

設(shè)置好驅(qū)動(dòng)函數(shù)、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、仿真步數(shù)后進(jìn)行分析，圖4～6表示泥漿篩各向位移隨時(shí)間的變化關(guān)系。

圖4 篩箱Z向位移與時(shí)間變化關(guān)系

圖5 篩箱Y向位移與時(shí)間變化關(guān)系

圖6 篩箱X向位移與時(shí)間變化關(guān)系

由圖可得，振動(dòng)篩啟動(dòng)過(guò)程中，過(guò)共振區(qū)，各方向上振幅變化劇烈，隨后趨向穩(wěn)定。

在Z向，由起始到穩(wěn)定期內(nèi)，彈簧縱向最大壓縮量為118．401 5 mm。由于阻尼，振幅逐漸衰減，3 s后，振幅平均穩(wěn)定在4．2 mm。同樣，彈簧橫向最大壓縮量13．874 8 mm。穩(wěn)定后Y向振幅穩(wěn)定為1．061 mm。故穩(wěn)定后，軌跡的橢圓度為I＝，與理論值基本一致，說(shuō)明模擬狀況理想。

振動(dòng)篩要想穩(wěn)定工作，其橫向振幅規(guī)定不得大于0．5 mm［10］。根據(jù)圖6，振動(dòng)篩起始質(zhì)心由平衡位置按簡(jiǎn)諧規(guī)律振蕩，由于阻尼減振，振幅降低并趨于平穩(wěn)，其最大值為不超過(guò)1×10－5mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)定，一般不考慮橫向擺動(dòng)。

4．3 運(yùn)動(dòng)軌跡的描述

為驗(yàn)證在交變力作用下的泥漿篩穩(wěn)定后沿著一定的軌跡工作，提取4～5 s工作時(shí)間段Z、Y向的位移數(shù)據(jù)，合成為平面橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡并隨時(shí)間往復(fù)變化，如圖7所示。

圖7 振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)軌跡隨時(shí)間變化關(guān)系

泥漿篩在YOZ平面的運(yùn)動(dòng)軌跡為一個(gè)長(zhǎng)軸傾角為0、橢圓度為1：3．96的平面橢圓，這與理論預(yù)想一致，故仿真結(jié)果可信。

5 結(jié)語(yǔ)

本文利用數(shù)字樣機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)軌跡仿真，預(yù)測(cè)其工作狀況，得到振動(dòng)篩的各方向分析數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)軌跡。仿真結(jié)果與理論值比較，振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)特性均在經(jīng)驗(yàn)參考值范圍內(nèi)，符合預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，可為設(shè)計(jì)方案的實(shí)施提供指導(dǎo)。

［1］柳君．大力開(kāi)發(fā)第四種運(yùn)動(dòng)軌跡振動(dòng)篩［J］．石油機(jī)械，2000，28（7）：65．

［2］張鋒，尹忠俊，金玲，等．基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的橢圓振動(dòng)篩仿真分析［J］．冶金設(shè)備，2009（2）：38－41．

［3］王玉國(guó)，侯勇俊，宋杰萍，等．GW－S1型自同步平動(dòng)橢圓振動(dòng)篩動(dòng)力學(xué)［J］．石油機(jī)械，2005，33（8）：1－5．

［4］侯勇俊，張明洪，吳華，等．雙軸自同步平動(dòng)橢圓振動(dòng)篩研究［J］．天然氣工業(yè)，2004（3）：84－87，148．

［5］朱維兵，張明洪．鉆井液振動(dòng)篩固相運(yùn)移動(dòng)力學(xué)分析［J］．石油機(jī)械，2000，28（7）：37－39，69．

［6］林景堯．高效單元組合振動(dòng)篩的三維設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的分析與仿真［D］．贛州：江西理工大學(xué)，2011．

［7］陽(yáng)光武，肖守訥，張衛(wèi)華．螺旋圓彈簧的橫向剛度分析［J］．中國(guó)鐵道科學(xué)，2010，31（4）：59－62．

［8］李增彬．基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的振動(dòng)篩動(dòng)力學(xué)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)［D］．太原：太原理工大學(xué)，2010．

［9］馬富強(qiáng)．振動(dòng)篩動(dòng)態(tài)特性淺析［J］．礦山機(jī)械，1996（6）：40．

［10］周靖皓，周毅鈞，張歡樂(lè)．基于ADAMS的圓振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)特性仿真分析［J］．煤礦機(jī)械，2013，34（4）：101－103．