何 超,謝文偉,石可偉,周后明

(湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,湘潭 411105)

基于Pro/E的稻谷干燥機(jī)振動(dòng)篩的研究

何 超,謝文偉,石可偉,周后明

(湘潭大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,湘潭 411105)

本研究來自一個(gè)可移動(dòng)式電熱凈谷干燥機(jī)的實(shí)用新型專利.為了進(jìn)一步完善谷物在干燥中凈化,在谷物清選風(fēng)車的基礎(chǔ)上,通過一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來完成谷物的清選,并且有效利用干燥過程中風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量,得到了能源的最大利用.采用PRO/ENGINEER三維實(shí)體建模軟件進(jìn)行實(shí)體參數(shù)化設(shè)計(jì),對(duì)其參數(shù)化裝配及運(yùn)動(dòng)仿真分析和干涉檢查,并得出機(jī)構(gòu)的位移、速度、加速度隨時(shí)間變化的曲線.利用該方法可以使得設(shè)計(jì)人員快速、直觀的對(duì)其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).

振動(dòng)篩;Pro/E;參數(shù)化設(shè)計(jì);運(yùn)動(dòng)仿真;干燥機(jī)

0 引 言

本研究來自一個(gè)可移動(dòng)式電熱凈谷干燥機(jī)的實(shí)用新型專利[1],圖1為干燥機(jī)的三維模型.剛從田地里收回來的稻谷須經(jīng)過干燥才能輾制成優(yōu)質(zhì)米以及長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)備,振動(dòng)篩是干燥機(jī)的重要工作部件,其工作性能的好壞對(duì)干燥機(jī)的整體性能及效率影響明顯.目前市場(chǎng)上干燥機(jī)的前處理凈谷功能并不完善,大多數(shù)通過風(fēng)機(jī)的吹刮來實(shí)現(xiàn),但效果并不好.一般在干燥之前需要用谷手清選風(fēng)車處理一次,程序繁雜,并且耗用大量的人力物力,為適應(yīng)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展,滿足農(nóng)民的需求,實(shí)現(xiàn)機(jī)械一體化,對(duì)振動(dòng)篩的設(shè)計(jì)和利用是必要.

稻谷干燥機(jī)振動(dòng)篩的功能是通過棱面篩的振動(dòng)激勵(lì)作用和風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口強(qiáng)力風(fēng)作用將短莖稈從谷物中分離出來,并可排出機(jī)外,而剩下的谷物從篩面落下,直接進(jìn)入第二個(gè)篩面得到二次凈化處理.要實(shí)現(xiàn)谷物凈化清選,就必須對(duì)振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析,得出適于振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù).采用PRO/ENGINEER三維實(shí)體建模軟件進(jìn)行實(shí)體參數(shù)化設(shè)計(jì),對(duì)其參數(shù)化裝配及運(yùn)動(dòng)仿真分析和干涉檢查,不僅方便簡(jiǎn)單,還可以節(jié)省大量的時(shí)間和成本.

圖1 可移動(dòng)式電熱凈谷干燥機(jī)的三維模型

1 總體方案及工作原理

總體方案確定的依據(jù)為:以干燥機(jī)一體化為目的而設(shè)計(jì)振動(dòng)篩機(jī)構(gòu),完成谷物的清選,圖2為振動(dòng)篩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[2].

(1)總體結(jié)構(gòu)

該機(jī)主要由機(jī)架、進(jìn)料下漏斗、出料下漏斗、曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 、擋板、篩板、電動(dòng)機(jī)、皮帶輪、軸等組成.

(2)工作原理

電動(dòng)機(jī)通過皮帶輪減速將動(dòng)力傳到曲柄搖桿機(jī)構(gòu),如圖2所示,從而帶動(dòng)篩板往返運(yùn)動(dòng) ,同時(shí)谷物從上下料斗倒入,結(jié)合風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量作用,恰到好處地通過棱面篩將短莖稈從谷物中分離出來,并可排出機(jī)外,而剩下的谷物從篩面落下,直接進(jìn)入第二個(gè)篩面得到二次凈化處理.

圖2 振動(dòng)篩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

2 主要參數(shù)的確定

2.1 篩板孔型的確定

谷粒的尺寸一般以長(zhǎng)度 、寬度和厚度表示,根據(jù)這些尺寸的大小 ,在谷粒清選機(jī)構(gòu)中,分別用不同的方法將谷粒從細(xì)小脫出物中分離出來.在同樣的篩分質(zhì)量下,棱面篩的生產(chǎn)率與分離率比平面篩有較大的提高.圖3為棱面篩板的主要幾何參數(shù)[3].

圖3 棱面篩板的主要幾何參數(shù)

2.2 振動(dòng)篩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作參數(shù)的確定

設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)使篩板的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有較高的生產(chǎn)率和良好的分離性能,因此要求篩板具有一定的水平位移 x和豎直位移y.為了將脫出物有效地進(jìn)行分離,應(yīng)保證振幅較大,同時(shí)在清糧過程中為了使混雜物能沿篩板逐漸向后移動(dòng),機(jī)構(gòu)的配置應(yīng)保證當(dāng)篩板的向前行程終了時(shí),篩面處于其最高位置.依據(jù)上述要求,振動(dòng)篩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)傳遞,如圖2所示.

根據(jù)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本知識(shí)[4]可知,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)必需滿足桿長(zhǎng)條件且最短桿為連架桿.即最短桿長(zhǎng)度+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度≦其余兩桿長(zhǎng)度之和.(如表1所示)

表1 構(gòu)件的主要參數(shù)變量

3 基于Pro/E的稻谷干燥機(jī)的振動(dòng)篩建模

3.1 構(gòu)件的參數(shù)化建模設(shè)計(jì)

建立曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體模型,可以采用兩種設(shè)計(jì)方法 ,一種是自底向上,另一種是自頂向下,本文采用前一種設(shè)計(jì)建模方法.為此應(yīng)該首先創(chuàng)建組成四桿機(jī)構(gòu)的4個(gè)參數(shù)化構(gòu)件的實(shí)體模型[5-7],即傳動(dòng)機(jī)構(gòu).

(1)啟動(dòng)Pro/E,并進(jìn)入零件設(shè)計(jì)模塊.

(2)按表1設(shè)置各構(gòu)件的主要參數(shù)變量.

(3)在草繪器模塊中設(shè)計(jì)構(gòu)件的截形圖并定義必要的尺寸約束,對(duì)設(shè)計(jì)過程中可能修改的尺寸約束為其定義對(duì)應(yīng)的參數(shù)變量,以便于后繼設(shè)計(jì)修改.

振動(dòng)篩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的三維模型如圖4所示.

圖4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三維模型

其次,為滿足干燥機(jī)與振動(dòng)篩一體化的設(shè)計(jì)要求,還需對(duì)篩體部分進(jìn)行設(shè)計(jì),包括進(jìn)料上漏斗、出料下漏斗 、振動(dòng)支架 、傳動(dòng)軸 、前搖臂 、后搖臂 、銷 、篩板等,如圖5所示.

圖5 篩體的三維模型

3.2 振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)的虛擬裝配設(shè)計(jì)

進(jìn)入 Pro/E的裝配模式進(jìn)行元件連接,通過基準(zhǔn)之間的位置參數(shù)實(shí)現(xiàn)各構(gòu)件間的參數(shù)化裝配,并且根據(jù)各元件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系來確定其連接形式.本文主要采用銷釘連接、固定連接.裝配模型如圖6所示.

圖6 干燥機(jī)振動(dòng)篩的裝配模型

4 仿真分析

干燥機(jī)振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)的仿真模型的設(shè)計(jì)[8]過程由三個(gè)步驟進(jìn)行:

一是對(duì)裝配好的機(jī)構(gòu)模型建立伺服電動(dòng)機(jī),提供一個(gè)動(dòng)力,使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一定形式的運(yùn)動(dòng).本機(jī)只要添加1個(gè)伺服電動(dòng)機(jī),即在偏心輪中心(曲柄)的銷釘連接位置處,輸入角速度為72 deg/sec.

二是運(yùn)行一個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析,產(chǎn)生可視化的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程,保存運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果.通過振動(dòng)篩運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析,調(diào)置運(yùn)行時(shí)間為20 s(即四個(gè)運(yùn)動(dòng)周期),產(chǎn)生了整個(gè)機(jī)構(gòu)的一個(gè)可視化的運(yùn)動(dòng)過程.在回放中,選擇回放中的沖突檢測(cè)設(shè)置,進(jìn)行干涉檢查.

三是進(jìn)行分析測(cè)量,得到分析測(cè)量圖形,同時(shí)輸出分析結(jié)果.選取與傳動(dòng)軸相連接的搖桿上圓柱面上最底的點(diǎn)APNT2為分析測(cè)量的對(duì)象,且圓柱面半徑r=16 mm,并在傳動(dòng)軸端面中心處建立一坐標(biāo)系A(chǔ)CS0,如圖7所示.分析了振動(dòng)篩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)APNT2的位移、速度、加速度隨時(shí)間變化的過程,如圖8～圖10所示.根據(jù)分析數(shù)據(jù)以及w=所得,可以求得該質(zhì)點(diǎn)的角速度,同理,可測(cè)量出機(jī)構(gòu)中任意一點(diǎn)的位移、速度、加速度變化規(guī)律.利用該方法可以使得設(shè)計(jì)人員快速、直觀的對(duì)其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并對(duì)振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)分析和受力分析的理論數(shù)據(jù)帶來重要的價(jià)值.

圖7 測(cè)量對(duì)象示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于一個(gè)可移動(dòng)式電熱凈谷干燥機(jī)的實(shí)用新型專利,通過Pro/E三維實(shí)體建模軟件進(jìn)行實(shí)體參數(shù)化設(shè)計(jì),對(duì)其參數(shù)化裝配及運(yùn)動(dòng)仿真分析和干涉檢查,并得出機(jī)構(gòu)的位移、速度、加速度隨時(shí)間變化的曲線,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的參數(shù)化設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真,它對(duì)于工程設(shè)計(jì)和產(chǎn)品分析有重要的價(jià)值,可以提高新產(chǎn)品開發(fā)的速度和質(zhì)量.從研究結(jié)果看,該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡與實(shí)際工藝要求非常吻合,傳動(dòng)軸的位移、速度、加速度也基本滿足設(shè)計(jì)要求,解決了干燥機(jī)的振動(dòng)篩機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中位移、速度、加速度、干涉等方面的技術(shù)問題.利用該方法可以使得設(shè)計(jì)人員快速、直觀的對(duì)其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)振動(dòng)篩進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義.

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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

湖南省教育廳科研資助項(xiàng)目(10C1259)

何 超(1985-),男,碩士研究生,研究方向:機(jī)械工程.

book=95,ebook=95