小型泥漿平動橢圓振動篩數字樣機運動仿真

范 鵬 張 杰

（四川理工學院機械工程學院，四川 自貢643000）

0 引言

目前，篩分機械在采礦、石油開采行業中的運用十分廣泛。由于兼具直線振動篩和圓振動篩各自的優點［1－2］，筆者基于虛擬樣機技術對GW－S1［3］型小型泥漿振動篩進行了動態仿真，希望能為泥漿篩制造提供參考。

1 泥漿振動篩結構

泥漿篩主要包括激振器、篩箱以及隔振裝置，其中激振器由一對規格不同的偏心塊組成，篩箱包括側板、篩網、L梁、圓橫梁等，采用一次隔振裝置減振。當電機帶動兩激振器工作時，基于力心理論［4］，泥漿篩在自重和強大的交變激振力作用下進行平動橢圓的軌跡運動。

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

2 振動篩仿真軌跡分析

2．1 主要參數的確定

根據文獻［5］，針對泥漿篩運動工況，為實現合理篩分效果，采用以下設計參數：電機轉速1 500 r／min，振動篩振幅≥3 mm，橢圓長軸傾角0°，橢圓度1∶4。

設計的振動篩總質量為226．574 kg，考慮激振器啟動過共振區［6］，基于標準 GB／T2089—94選用圓柱螺旋壓縮鋼彈簧YB8×90×220。

2．2 模型的導入

由SolidWorks建立簡易模型，創建篩箱、激振器、彈簧支座等部件，裝配并導入。在Adams中振動篩各部件相互獨立，不存在裝配中相互約束關系，故需設置約束副實現各部件運動的關聯。各約束關系如表1所示。

表1 小型泥漿平動橢圓振動篩各部件約束關系

同時，對篩箱支座與底板之間設置軸套力約束。選用彈簧縱向剛度為26．8 N／mm，按相關公式［7－8］計算各向剛度及阻尼值。在篩體所處環境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 振動篩約束模型

3 振動篩運動仿真設置

在 Adams－View模塊中設置旋轉驅動轉速為9 000 d／s，End Time為5 s，Steps為4 000，施加運動驅動進行動力學分析。

4 仿真結果分析

4．1 靜力分析

在動力學分析之前，需進行靜力分析，求得施加在隔振裝置上的預載荷［9］，檢驗彈簧參數的合理性。

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

篩體在自重作用下壓縮彈簧，由于阻尼，間歇振蕩的振幅會逐漸降低，最終為0。根據圖2，泥漿篩振動經過3 s過后，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向位移隨時間變化

在Y向，在安裝激振器過程中，保證力心過整個泥漿篩的質心極其困難，只要保證工程所需精度即可。由模擬結果可知，由起始到穩定后，前后位置相差Y0＝0．096 5 mm，這與理論值0接近，滿足工程運用要求。Y向振動變化趨勢如圖3所示。

4．2 振動位移分析

設置好驅動函數、運動時間、仿真步數后進行分析，圖4～6表示泥漿篩各向位移隨時間的變化關系。

圖4 篩箱Z向位移與時間變化關系

圖5 篩箱Y向位移與時間變化關系

圖6 篩箱X向位移與時間變化關系

由圖可得，振動篩啟動過程中，過共振區，各方向上振幅變化劇烈，隨后趨向穩定。

在Z向，由起始到穩定期內，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，振幅平均穩定在4．2 mm。同樣，彈簧橫向最大壓縮量13．874 8 mm。穩定后Y向振幅穩定為1．061 mm。故穩定后，軌跡的橢圓度為I＝，與理論值基本一致，說明模擬狀況理想。

振動篩要想穩定工作，其橫向振幅規定不得大于0．5 mm［10］。根據圖6，振動篩起始質心由平衡位置按簡諧規律振蕩，由于阻尼減振，振幅降低并趨于平穩，其最大值為不超過1×10－5mm，遠遠小于規定，一般不考慮橫向擺動。

4．3 運動軌跡的描述

為驗證在交變力作用下的泥漿篩穩定后沿著一定的軌跡工作，提取4～5 s工作時間段Z、Y向的位移數據，合成為平面橢圓運動軌跡并隨時間往復變化，如圖7所示。

圖7 振動篩運動軌跡隨時間變化關系

泥漿篩在YOZ平面的運動軌跡為一個長軸傾角為0、橢圓度為1：3．96的平面橢圓，這與理論預想一致，故仿真結果可信。

5 結語

本文利用數字樣機技術實現振動篩運動軌跡仿真，預測其工作狀況，得到振動篩的各方向分析數據，進而得到振動篩的運動軌跡。仿真結果與理論值比較，振動篩的運動特性均在經驗參考值范圍內，符合預期設計目標，可為設計方案的實施提供指導。

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