偏心块质量差异对直线振动筛性能的影响

夏 力，马志好

(1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012)

偏心块质量差异对直线振动筛性能的影响

夏 力1,2，马志好1,2

(1.中煤科工集团唐山研究院有限公司，河北 唐山 063012；2.河北省煤炭洗选工程技术研究中心，河北 唐山 063012)

为探索偏心块质量差异对直线振动筛性能的影响程度，以ZK24525直线振动筛为研究对象，通过PRO/E建立该筛机的动力学模型，并利用虚拟样机技术对其进行动力学仿真分析。仿真结果表明：振动器两轴上偏心块较小的质量差异(≤0.30 kg)对直线振动筛的振动有一定影响，但不会影响整机性能。

直线振动筛；虚拟样机技术；动力学仿真；偏心块质量；影响因素

直线振动筛由振动器、筛箱、弹性元件等组成，振动器两轴上的偏心块质量和偏心距均相等[1-4]。当两振动器作同步反向运转时，其受到的离心力大小相等，方向相反；此时，沿振动方向产生简谐力，简谐力的大小为两轴偏心块质量产生的离心力之和，该力通过筛箱的质心使其做定向往复直线振动[5-7]。

直线振动筛工作过程中存在同型号的不同筛机振动情况明显不同的问题，有时还会出现筛机横向振动较大的情况[8]。偏心块作为振动器的关键零部件，对筛机的振动情况有重要影响。铸造、加工成形后，同台筛机的偏心块质量存在一定差异。为探索这种质量差异对直线振动筛性能的影响程度，以中煤科工集团唐山研究院有限公司的ZK24525直线振动筛为研究对象，利用PRO/E建立该筛机的三维模型，并通过虚拟样机技术对其进行动力学仿真分析。通过改变两偏心块的质量，分析质量差异对直线振动筛性能的影响。

1 模型的建立

1.1 建模依据

ZK24525直线振动筛结构参数如下：筛机质量为5 126 kg,筛面尺寸为5.25 m×2.4 m,弹簧刚度为300 kg/cm，工作频率为16 Hz，电机转速为960 r/min。

依据直线振动筛的实际尺寸建立筛机模型，在建模过程中通过施加约束来限制和定义机械系统中各零部件的连接方式和相对运动方式。将偏心块设置为转动连接，其余部位均设置成刚性连接；将刚度大、质量小的隔振弹簧简化成无质量的弹簧刚度，并将其内部阻尼简化成等效线性阻尼[9-10]。

1.2 仿真分析模型的建立

利用PRO/E建立ZK24525直线振动筛的三维模型，如图1所示。为研究该筛机不同位置的运动情况，在其出料端至入料端的侧板上依次选取3个监测点，分别标记为1、2、3。其中，监测点2位于振动筛激振力方向上，监测点1和3分别距出料端和入料端各200 mm。偏心块位置标记为A。

图1 ZK24525直线振动筛的三维模型

利用PRO/E的Mechanism机构动力分析模块，在建立的三维模型中添加约束和运动，施加载荷，得到系统的刚柔耦合动力学模型。为建立的模型设置仿真分析参数，再进行动力学分析。两振动器轴间设置1∶1的齿轮传动连接，保证其做相向转动，且速度相同；在下侧的振动器轴上设置转动，转速为960 r/min；在筛机的前后四个支撑位置设置支撑载荷；设置弹簧刚度为300 N/mm。ZK24525直线振动筛仿真分析模型如图2所示。

图2 ZK24525直线振动筛仿真分析模型

2 动力学仿真结果及分析

完成ZK24525直线振动筛的仿真后，输出各监测点的运动轨迹和位移曲线，据此分析不同位置的运动情况。

2.1 运动轨迹

各监测点的运动轨迹如图3所示。由图3可知：监测点1和2的运动轨迹为明显的直线，监测点3的运动轨迹为细长的椭圆形，这与振动筛的重心不在激振力作用方向上有关。从出料端至入料端的3个监测点的运动轨迹与水平方向的夹角依次减小，监测点3的运动轨迹与水平方向的夹角明显最小，这与直线振动筛的实际振动情况一致。入料端较小的振动方向角有利于物料的快速扩散，出料端较大的振动方向角有利于高效筛分，这样的振动有利于振动筛的高效运转。

图3 各监测点的运动轨迹

2.2 位移曲线

从仿真结果中可以查看各监测点随振动时间的位移情况，各监测点3 s内的水平方向和竖直方向位移曲线如图4、图5、图6所示。

由图4、图5、图6可知：振动筛在水平方向和竖直方向的运动均为简谐运动。由于共振的影响，在启动后的2 s内筛机水平方向和竖直方向的位移波动均较大，2 s后趋于平稳，振动筛处于正常工作状态。

从图4、图5、图6可以直观的看出振动筛稳定工作时各监测点的水平位移和竖直位移，计算筛机振幅(双振幅)和振动方向角，结果如表1所示。由表1可知：振动筛的振动方向角变化情况与前面分析一致。

表1 筛机振幅和振动方向角

图4 监测点1的位移曲线

图5 监测点2的位移曲线

3 偏心块质量差异对筛机性能的影响

据统计，实际生产中直线振动筛两偏心块的质量差异不大于0.20 kg，试验选取的两偏心块质量差异为0.30 kg。经计算，偏心块上一个φ25 mm的通孔废料质量为0.30 kg。为验证直线振动筛振动器两轴上的偏心块质量差异对振动筛性能的影响，在图2中A处的边缘钻一个φ25 mm的通孔，并对其进行动力学仿真分析，结果如图7、图8、图9所示。

图7 监测点1的位移曲线

图8 监测点2的位移曲线

图9 监测点3的位移曲线

从图7、图8、图9找出各监测点的水平方向和竖直方向位移，计算振幅(双振幅)和振动方向角(表2)。对比表1与表2数据可以发现：直线振动筛两偏心块的质量发生较大变化，即质量减少0.30 kg，但筛机振幅和振动方向角并没有明显变化。

表2 筛机振幅和振动方向角

4 结论

通过对ZK24525直线振动筛进行动力学仿真分析，可得出如下结论：

(1)各监测点的运动轨迹形状不同，从出料端至入料端各运动轨迹与水平方向的夹角依次减小，这与直线振动筛的实际振动情况一致，有利于筛机的高效运转。ZK24525直线振动筛三维模型的动力仿真结果与筛机实际振动情况相符，证明了模型的有效性。

(2)振动器两轴上偏心块质量较小的差异(≤0.30 kg)对振动筛的振动有一定影响，但不会影响整机性能。

(3)利用虚拟样机技术可直观地再现振动筛工作时的振动情况，为优化和改进筛机性能提供理论基础，且能缩短新产品的开发周期，降低研发成本。

[1] 霍鹏飞，杨洁明，任锡义，等. 基于Pro/E和ADAMS的直线振动筛动力学仿真[J].煤矿机电，2010(3)：14-16.

[2] 张振坤.基于虚拟样机技术的惯性式振动筛机械动力学研究[D].秦皇岛：燕山大学，2012.

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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，助理工程师，从事选煤装备的研究与开发工作。

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