基于Pro/E的稻谷干燥机振动筛的研究

何 超,谢文伟,石可伟,周后明

(湘潭大学 机械工程学院,湘潭 411105)

基于Pro/E的稻谷干燥机振动筛的研究

何 超,谢文伟,石可伟,周后明

(湘潭大学 机械工程学院,湘潭 411105)

本研究来自一个可移动式电热净谷干燥机的实用新型专利.为了进一步完善谷物在干燥中净化,在谷物清选风车的基础上,通过一个曲柄摇杆机构来完成谷物的清选,并且有效利用干燥过程中风机的出风量,得到了能源的最大利用.采用PRO/ENGINEER三维实体建模软件进行实体参数化设计,对其参数化装配及运动仿真分析和干涉检查,并得出机构的位移、速度、加速度随时间变化的曲线.利用该方法可以使得设计人员快速、直观的对其运动机构进行优化设计.

振动筛;Pro/E;参数化设计;运动仿真;干燥机

0 引 言

本研究来自一个可移动式电热净谷干燥机的实用新型专利[1],图1为干燥机的三维模型.刚从田地里收回来的稻谷须经过干燥才能辗制成优质米以及长时间储备,振动筛是干燥机的重要工作部件,其工作性能的好坏对干燥机的整体性能及效率影响明显.目前市场上干燥机的前处理净谷功能并不完善,大多数通过风机的吹刮来实现,但效果并不好.一般在干燥之前需要用谷手清选风车处理一次,程序繁杂,并且耗用大量的人力物力,为适应农业机械的发展,满足农民的需求,实现机械一体化,对振动筛的设计和利用是必要.

稻谷干燥机振动筛的功能是通过棱面筛的振动激励作用和风机的出风口强力风作用将短茎秆从谷物中分离出来,并可排出机外,而剩下的谷物从筛面落下,直接进入第二个筛面得到二次净化处理.要实现谷物净化清选,就必须对振动筛机构进行分析,得出适于振动筛机构的结构参数和工作参数.采用PRO/ENGINEER三维实体建模软件进行实体参数化设计,对其参数化装配及运动仿真分析和干涉检查,不仅方便简单,还可以节省大量的时间和成本.

图1 可移动式电热净谷干燥机的三维模型

1 总体方案及工作原理

总体方案确定的依据为:以干燥机一体化为目的而设计振动筛机构,完成谷物的清选,图2为振动筛传动机构[2].

(1)总体结构

该机主要由机架、进料下漏斗、出料下漏斗、曲柄摇杆机构 、挡板、筛板、电动机、皮带轮、轴等组成.

(2)工作原理

电动机通过皮带轮减速将动力传到曲柄摇杆机构,如图2所示,从而带动筛板往返运动 ,同时谷物从上下料斗倒入,结合风机的出风量作用,恰到好处地通过棱面筛将短茎秆从谷物中分离出来,并可排出机外,而剩下的谷物从筛面落下,直接进入第二个筛面得到二次净化处理.

图2 振动筛传动机构

2 主要参数的确定

2.1 筛板孔型的确定

谷粒的尺寸一般以长度 、宽度和厚度表示,根据这些尺寸的大小 ,在谷粒清选机构中,分别用不同的方法将谷粒从细小脱出物中分离出来.在同样的筛分质量下,棱面筛的生产率与分离率比平面筛有较大的提高.图3为棱面筛板的主要几何参数[3].

图3 棱面筛板的主要几何参数

2.2 振动筛传动机构的工作参数的确定

设计时,应使筛板的传动机构具有较高的生产率和良好的分离性能,因此要求筛板具有一定的水平位移 x和竖直位移y.为了将脱出物有效地进行分离,应保证振幅较大,同时在清粮过程中为了使混杂物能沿筛板逐渐向后移动,机构的配置应保证当筛板的向前行程终了时,筛面处于其最高位置.依据上述要求,振动筛传动机构采用曲柄摇杆机构进行运动传递,如图2所示.

根据平面四杆机构的基本知识[4]可知,曲柄摇杆机构必需满足杆长条件且最短杆为连架杆.即最短杆长度+最长杆长度≦其余两杆长度之和.(如表1所示)

表1 构件的主要参数变量

3 基于Pro/E的稻谷干燥机的振动筛建模

3.1 构件的参数化建模设计

建立曲柄摇杆机构的三维实体模型,可以采用两种设计方法 ,一种是自底向上,另一种是自顶向下,本文采用前一种设计建模方法.为此应该首先创建组成四杆机构的4个参数化构件的实体模型[5-7],即传动机构.

(1)启动Pro/E,并进入零件设计模块.

(2)按表1设置各构件的主要参数变量.

(3)在草绘器模块中设计构件的截形图并定义必要的尺寸约束,对设计过程中可能修改的尺寸约束为其定义对应的参数变量,以便于后继设计修改.

振动筛传动机构的三维模型如图4所示.

图4 传动机构三维模型

其次,为满足干燥机与振动筛一体化的设计要求,还需对筛体部分进行设计,包括进料上漏斗、出料下漏斗 、振动支架 、传动轴 、前摇臂 、后摇臂 、销 、筛板等,如图5所示.

图5 筛体的三维模型

3.2 振动筛机构的虚拟装配设计

进入 Pro/E的装配模式进行元件连接,通过基准之间的位置参数实现各构件间的参数化装配,并且根据各元件之间的运动关系来确定其连接形式.本文主要采用销钉连接、固定连接.装配模型如图6所示.

图6 干燥机振动筛的装配模型

4 仿真分析

干燥机振动筛机构的仿真模型的设计[8]过程由三个步骤进行:

一是对装配好的机构模型建立伺服电动机,提供一个动力,使机构产生一定形式的运动.本机只要添加1个伺服电动机,即在偏心轮中心(曲柄)的销钉连接位置处,输入角速度为72 deg/sec.

二是运行一个机构运动分析,产生可视化的机构运动过程,保存运动分析结果.通过振动筛运行机构运动分析,调置运行时间为20 s(即四个运动周期),产生了整个机构的一个可视化的运动过程.在回放中,选择回放中的冲突检测设置,进行干涉检查.

三是进行分析测量,得到分析测量图形,同时输出分析结果.选取与传动轴相连接的摇杆上圆柱面上最底的点APNT2为分析测量的对象,且圆柱面半径r=16 mm,并在传动轴端面中心处建立一坐标系ACS0,如图7所示.分析了振动筛传动机构APNT2的位移、速度、加速度随时间变化的过程,如图8～图10所示.根据分析数据以及w=所得,可以求得该质点的角速度,同理,可测量出机构中任意一点的位移、速度、加速度变化规律.利用该方法可以使得设计人员快速、直观的对其运动机构进行优化设计,并对振动筛的运动分析和受力分析的理论数据带来重要的价值.

图7 测量对象示意图

5 结束语

本文基于一个可移动式电热净谷干燥机的实用新型专利,通过Pro/E三维实体建模软件进行实体参数化设计,对其参数化装配及运动仿真分析和干涉检查,并得出机构的位移、速度、加速度随时间变化的曲线,实现了产品的参数化设计和运动仿真,它对于工程设计和产品分析有重要的价值,可以提高新产品开发的速度和质量.从研究结果看,该机构的运动轨迹与实际工艺要求非常吻合,传动轴的位移、速度、加速度也基本满足设计要求,解决了干燥机的振动筛机构设计中位移、速度、加速度、干涉等方面的技术问题.利用该方法可以使得设计人员快速、直观的对其运动机构进行优化设计,对振动筛进一步的优化设计具有指导意义.

[1]陈石坚,周后明,何 超.可移动式电热净谷干燥机[P].中华人民共和国国家知识产权局.CN200920063921.7,2010.1.

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Research on Rice Dryer's Vibrating Screen Based on Pro/E

HE Chao,XIE Wen-wei,SHI Ke-wei,ZHOU Hou-ming

(School of Mechanical Engineering,Xiangtan University,Xiangtan 411105,China)

This research comes from the practical new patent that is called the movable dryer in the electrothermal and purification.For the sake of the further perfection about purification when dryinging rice,the crank-rocker mechanism can achieve the process of purificaton from the foundation of windmill in the corn.At the same time air output of the fan makes purification of the corns more effective,which gets maximum utilization of energy.The 3D entity model software called Pro/ENGINEER is used to build the entity models and assemble with parametric design.Then the kinematics simulation,and interference checking and analysis are complished,and curves of displacement,velocity,acceleration about time are gained,which makes the designer quickly and visually optimize design of the mechanism.

vibrating screen;Pro/E;parametric design;kinematics simulation;dryer

TH-3

A

1671-119X(2011)02-0032-03

2010-10-30

湖南省教育厅科研资助项目(10C1259)

何 超(1985-),男,硕士研究生,研究方向:机械工程.

book=95,ebook=95