偏心塊質量差異對直線振動篩性能的影響

夏 力，馬志好

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012)

偏心塊質量差異對直線振動篩性能的影響

夏 力1,2，馬志好1,2

(1.中煤科工集團唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗選工程技術研究中心，河北 唐山 063012)

為探索偏心塊質量差異對直線振動篩性能的影響程度，以ZK24525直線振動篩為研究對象，通過PRO/E建立該篩機的動力學模型，并利用虛擬樣機技術對其進行動力學仿真分析。仿真結果表明：振動器兩軸上偏心塊較小的質量差異(≤0.30 kg)對直線振動篩的振動有一定影響，但不會影響整機性能。

直線振動篩；虛擬樣機技術；動力學仿真；偏心塊質量；影響因素

直線振動篩由振動器、篩箱、彈性元件等組成，振動器兩軸上的偏心塊質量和偏心距均相等[1-4]。當兩振動器作同步反向運轉時，其受到的離心力大小相等，方向相反；此時，沿振動方向產生簡諧力，簡諧力的大小為兩軸偏心塊質量產生的離心力之和，該力通過篩箱的質心使其做定向往復直線振動[5-7]。

直線振動篩工作過程中存在同型號的不同篩機振動情況明顯不同的問題，有時還會出現篩機橫向振動較大的情況[8]。偏心塊作為振動器的關鍵零部件，對篩機的振動情況有重要影響。鑄造、加工成形后，同臺篩機的偏心塊質量存在一定差異。為探索這種質量差異對直線振動篩性能的影響程度，以中煤科工集團唐山研究院有限公司的ZK24525直線振動篩為研究對象，利用PRO/E建立該篩機的三維模型，并通過虛擬樣機技術對其進行動力學仿真分析。通過改變兩偏心塊的質量，分析質量差異對直線振動篩性能的影響。

1 模型的建立

1.1 建模依據

ZK24525直線振動篩結構參數如下：篩機質量為5 126 kg,篩面尺寸為5.25 m×2.4 m,彈簧剛度為300 kg/cm，工作頻率為16 Hz，電機轉速為960 r/min。

依據直線振動篩的實際尺寸建立篩機模型，在建模過程中通過施加約束來限制和定義機械系統中各零部件的連接方式和相對運動方式。將偏心塊設置為轉動連接，其余部位均設置成剛性連接；將剛度大、質量小的隔振彈簧簡化成無質量的彈簧剛度，并將其內部阻尼簡化成等效線性阻尼[9-10]。

1.2 仿真分析模型的建立

利用PRO/E建立ZK24525直線振動篩的三維模型，如圖1所示。為研究該篩機不同位置的運動情況，在其出料端至入料端的側板上依次選取3個監測點，分別標記為1、2、3。其中，監測點2位于振動篩激振力方向上，監測點1和3分別距出料端和入料端各200 mm。偏心塊位置標記為A。

圖1 ZK24525直線振動篩的三維模型

利用PRO/E的Mechanism機構動力分析模塊，在建立的三維模型中添加約束和運動，施加載荷，得到系統的剛柔耦合動力學模型。為建立的模型設置仿真分析參數，再進行動力學分析。兩振動器軸間設置1∶1的齒輪傳動連接，保證其做相向轉動，且速度相同；在下側的振動器軸上設置轉動，轉速為960 r/min；在篩機的前后四個支撐位置設置支撐載荷；設置彈簧剛度為300 N/mm。ZK24525直線振動篩仿真分析模型如圖2所示。

圖2 ZK24525直線振動篩仿真分析模型

2 動力學仿真結果及分析

完成ZK24525直線振動篩的仿真后，輸出各監測點的運動軌跡和位移曲線，據此分析不同位置的運動情況。

2.1 運動軌跡

各監測點的運動軌跡如圖3所示。由圖3可知：監測點1和2的運動軌跡為明顯的直線，監測點3的運動軌跡為細長的橢圓形，這與振動篩的重心不在激振力作用方向上有關。從出料端至入料端的3個監測點的運動軌跡與水平方向的夾角依次減小，監測點3的運動軌跡與水平方向的夾角明顯最小，這與直線振動篩的實際振動情況一致。入料端較小的振動方向角有利于物料的快速擴散，出料端較大的振動方向角有利于高效篩分，這樣的振動有利于振動篩的高效運轉。

圖3 各監測點的運動軌跡

2.2 位移曲線

從仿真結果中可以查看各監測點隨振動時間的位移情況，各監測點3 s內的水平方向和豎直方向位移曲線如圖4、圖5、圖6所示。

由圖4、圖5、圖6可知：振動篩在水平方向和豎直方向的運動均為簡諧運動。由于共振的影響，在啟動后的2 s內篩機水平方向和豎直方向的位移波動均較大，2 s后趨于平穩，振動篩處于正常工作狀態。

從圖4、圖5、圖6可以直觀的看出振動篩穩定工作時各監測點的水平位移和豎直位移，計算篩機振幅(雙振幅)和振動方向角，結果如表1所示。由表1可知：振動篩的振動方向角變化情況與前面分析一致。

表1 篩機振幅和振動方向角

圖4 監測點1的位移曲線

圖5 監測點2的位移曲線

3 偏心塊質量差異對篩機性能的影響

據統計，實際生產中直線振動篩兩偏心塊的質量差異不大于0.20 kg，試驗選取的兩偏心塊質量差異為0.30 kg。經計算，偏心塊上一個φ25 mm的通孔廢料質量為0.30 kg。為驗證直線振動篩振動器兩軸上的偏心塊質量差異對振動篩性能的影響，在圖2中A處的邊緣鉆一個φ25 mm的通孔，并對其進行動力學仿真分析，結果如圖7、圖8、圖9所示。

圖7 監測點1的位移曲線

圖8 監測點2的位移曲線

圖9 監測點3的位移曲線

從圖7、圖8、圖9找出各監測點的水平方向和豎直方向位移，計算振幅(雙振幅)和振動方向角(表2)。對比表1與表2數據可以發現：直線振動篩兩偏心塊的質量發生較大變化，即質量減少0.30 kg，但篩機振幅和振動方向角并沒有明顯變化。

表2 篩機振幅和振動方向角

4 結論

通過對ZK24525直線振動篩進行動力學仿真分析，可得出如下結論：

(1)各監測點的運動軌跡形狀不同，從出料端至入料端各運動軌跡與水平方向的夾角依次減小，這與直線振動篩的實際振動情況一致，有利于篩機的高效運轉。ZK24525直線振動篩三維模型的動力仿真結果與篩機實際振動情況相符，證明了模型的有效性。

(2)振動器兩軸上偏心塊質量較小的差異(≤0.30 kg)對振動篩的振動有一定影響，但不會影響整機性能。

(3)利用虛擬樣機技術可直觀地再現振動篩工作時的振動情況，為優化和改進篩機性能提供理論基礎，且能縮短新產品的開發周期，降低研發成本。

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Effect of difference in eccentric block mass on performance of linear vibrating screen

XIA Li1,2, MA Zhi-hao1,2

(1. China Coal Technology & Engineering Group Tangshan Research Institute Co Ltd, Tangshan, Hebei 063012, China; 2.Coal Preparation Engineering & Technology Research Center in Hebei Province, Tangshan, Hebei 063012, China)

To understand the effect of difference in eccentric block mass on performance of linear vibrating screen, ZK24525 vibrating screen is studied by using PRO/E to establish dynamic model and then the dynamic stimulation is analyzed by virtual prototype technology. The results show that less difference(≤0.30 kg)in eccentric block mass has little effect on linear vibrating screen.

linear vibrating screen; virtual prototyping technology; dynamic simulation; eccentric block mass; influence factors

1001-3571(2015)01-0009-04

TD941+.3

A

2015-01-27

10.16447/j.cnki.cpt.2015.01.003

夏 力(1987—)，男，河北省唐山市人，助理工程師，從事選煤裝備的研究與開發工作。

E-mail:284934348@qq.com Tel: 18733338558