煤炭洗選弧形篩動力學(xué)性能模擬分析

嚴(yán) 強

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)大地選煤工程有限責(zé)任公司，山西 大同 037000）

引言

我國是煤炭生產(chǎn)的大國，洗選是煤炭生產(chǎn)中重要的工序，通過洗選煤作業(yè)，可以顯著地提高煤炭的質(zhì)量和利用率。洗選煤用的設(shè)備中，弧形篩的運用較為普遍，它通過振動電機的作用，依靠弧形底座和篩網(wǎng)的組合可以避免篩網(wǎng)的堵塞，其脫水、脫介性能都明顯高于其他類型的洗選設(shè)備。在弧形篩的使用過程中，由于洗選煤的工作量大，設(shè)備長期處于運行狀態(tài)，且弧形篩承受煤泥的重量及振動電機交變載荷載荷的作用，使得弧形篩容易出現(xiàn)疲勞破壞，導(dǎo)致設(shè)備的損壞，無法繼續(xù)工作[1]。采用有限元分析的方式，對弧形篩的動力學(xué)性能進(jìn)行仿真模擬，從而可以為弧形篩的疲勞分析提供參考，從而改進(jìn)弧形篩的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，延長設(shè)備的使用壽命。

1 弧形篩動力學(xué)分析模型的建立

采用ADAMS有限元分析軟件對弧形篩進(jìn)行動力學(xué)性能模擬，ADAMS是常用的機械系統(tǒng)的動力學(xué)分析軟件，在工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。ADAMS可以通過強大的圖形交互界面進(jìn)行分析求解，可以方便地實現(xiàn)復(fù)雜機械系統(tǒng)的動力學(xué)仿真分析。首先采用Pro/E三維繪圖軟件進(jìn)行弧形篩三維結(jié)構(gòu)的建模，依據(jù)弧形篩的主要結(jié)構(gòu)，進(jìn)行一定的簡化處理，得到其三維模型[2]。

對建立的弧形篩三維模型直接導(dǎo)入到ADAMS軟件中，檢驗各模型的完整性，避免弧形篩的構(gòu)件在轉(zhuǎn)換的過程中分散成多個零散件，采用布爾運算將其組成為一個整體。對于弧形篩各構(gòu)件之間的約束關(guān)系，采用運動副進(jìn)行添加，振動電機的偏心塊與電機軸之間采用旋轉(zhuǎn)副來約束，篩板底座與電機之間采用固定副固接在一起；弧形篩的支撐箱體采用彈簧作為減震器，屬于柔性連接，無法通過運動副約束，采用ADAMS軸套力對減震器的柔性連接進(jìn)行模擬，依據(jù)彈簧的剛性系數(shù)及阻尼施加柔性力作用[3]，由此得到洗選弧形篩的模型如圖1所示?；⌒魏Y通過振動電機的驅(qū)動實現(xiàn)振動，添加偏心塊繞電機軸的轉(zhuǎn)動模擬電機的轉(zhuǎn)動，電機的啟?？刂仆ㄟ^step函數(shù)實現(xiàn)，step函數(shù)實現(xiàn)驅(qū)動作用的描述[4]，設(shè)定電機的啟停時間為10 s，由此對弧形篩的動力學(xué)性能進(jìn)行分析。

圖1 弧形篩的動力學(xué)分析模型

2 弧形篩動力學(xué)的仿真分析

通過ADAMS進(jìn)行模擬分析，得到對弧形篩的動力學(xué)分析結(jié)果。由于弧形篩的底座和篩箱結(jié)構(gòu)功能不同，對其具有不同的性能要求，分別提取弧形底座和篩箱質(zhì)心處的位移如圖2、下頁圖3所示。從圖2、下頁圖3中可以看出，弧形底座和篩箱在1~9 s內(nèi)處于穩(wěn)定的振動狀態(tài)中，弧形底座在X方向上的位移振幅為4.5 mm，在Y方向上的位移振幅為5 mm，篩箱在X方向上的位移振幅為0.45 mm，在Y方向上的位移振幅為0.5 mm。通過分析可知，弧形底座的振幅要明顯大于篩箱的振幅，由此在使用過程中可以避免篩縫的堵塞，較小的位移振幅可以減少篩箱的疲勞損壞，有利于延長其使用壽命。

圖2 弧形底座質(zhì)心的位移振動曲線

圖3 篩箱質(zhì)心的位移振動曲線

在對弧形篩進(jìn)行多剛體動力學(xué)分析的過程中，設(shè)定的所有部件均以剛體進(jìn)行定義，在分析過程中，沒有考慮到柔性系統(tǒng)的作用。在弧形篩實際的使用過程中，由于一些構(gòu)件的變形，采用剛體進(jìn)行分析則會造成分析的精度不足或造成偏差。弧形底座是洗選煤弧形篩的重要零部件，且屬于梁結(jié)構(gòu)零件，其彈性變形對系統(tǒng)的影響較大[5]。采用多柔體的分析方法，將弧形底座作為柔性體進(jìn)行分析，則可對弧形篩進(jìn)行剛?cè)狁詈戏治?。采用ANSYS有限元分析軟件對弧形底板進(jìn)行柔性化處理，建立弧形底座的剛性區(qū)域，剛性區(qū)域即柔性體與剛體連接的位置，采用連接節(jié)點進(jìn)行表示，設(shè)定弧形底座的剛性區(qū)域為與減震器想連接的螺栓孔位置[6]。采用設(shè)定的柔性弧形底座替換掉原有的弧形底座，保持約束及參數(shù)的不變，對柔性系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)仿真模擬，得到弧形底座及篩箱的位移振幅如圖4、圖5所示。

通過圖4、圖5可以看出，對弧形底座進(jìn)行柔化后得到的弧形底座在X方向上的位移振幅為3.5 mm，在Y方向上的位移振幅為4.5 mm，比剛性分析的振幅要小，這是由于在相同的激振載荷作用下，柔性體既產(chǎn)生振動，同時還要產(chǎn)生變形；篩箱的位移在兩個方向上相對剛性分析明顯地減小，這說明，篩箱的位移更多地取決于柔性底座傳遞的振動作用，改變弧形底座的設(shè)置，可以有效地減小篩箱的變形，提高其疲勞壽命。

圖4 柔化弧形底座質(zhì)心的位移振動曲線

圖5 柔化篩箱質(zhì)心的位移振動曲線

3 結(jié)論

1）對弧形篩進(jìn)行柔性耦合處理后，弧形底座的位移振幅具有一定程度的減小，篩箱的位移振幅明顯減小。

2）通過改變振動電機的作用及弧形底座的傳遞，可以有效地降低篩箱的位移，延長其疲勞壽命，提高煤炭洗選的性能及可靠性。