王珂

【摘 要】動篩排矸機通過動篩體的上下往復(fù)運動進行選煤，動篩體的運動規(guī)律關(guān)系到選煤的效果。為更好地掌握動篩體的運動規(guī)律，更合理地選擇其傳動機構(gòu)曲柄的安裝位置，達到最佳的選煤效果，文章首先運用UG軟件建立了動篩排矸機傳動機構(gòu)的三維模型，然后利用ADAMS虛擬樣機技術(shù)對其進行運動仿真分析，得出了動篩體在曲柄4個不同的安裝位置的運動參數(shù)，進而得出曲柄安裝位置對動篩體運動規(guī)律的影響趨勢，為曲柄的安裝位置選取提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】ADAMS；運動學(xué)分析；傳動機構(gòu)；急回特性；擺角

【中圖分類號】TD40 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）09-0076-04

0 引言

在我國，綜采放頂煤開采技術(shù)應(yīng)用較廣，但是在開采效率提高的同時，不可避免地混入大量圍巖和廢石，毛煤中矸石比例也隨之提高，這就對選煤提出了更高的要求。動篩排矸機具有結(jié)構(gòu)緊湊、工藝簡單、用水量少、基建投資少、營運費用低等優(yōu)點，在我國整個選煤行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，已占到選煤總量的70%。因此，選擇合理的動篩排矸機性能參數(shù)，可以提高設(shè)備的選煤效果和選煤效率。

動篩排矸機通過驅(qū)動盤帶動整機運轉(zhuǎn)，使動篩體做上下往復(fù)運動。動篩體中的水和毛煤混合在一起，隨著動篩體一起上下往復(fù)運動，傳動機構(gòu)在工作存在急回特性，物料上升速度較慢，物料下降速度較快，物料由于慣性與動篩體分離，在水中開始沉積。而煤與矸石的密度不同，所受到的浮力也不同，煤塊下降速度小于矸石下降速度，在上下往復(fù)運動中，矸石與煤塊逐漸分層，矸石沉積在下層，煤塊在上層。

本文以LTD18/3.6型機械式動篩排矸機傳動機構(gòu)為例，結(jié)合驅(qū)動盤上曲柄的4個安裝位置，具體說明不同安裝位置的選擇對動篩體運動規(guī)律的影響。本文通過建立動篩排矸機傳動機構(gòu)模型，利用ADAMS的運動仿真模塊，對模型進行運動仿真，得出動篩體的運動曲線，計算出動篩體的振幅、擺角、急回特性等參數(shù)。同時，為確定仿真結(jié)果的正確性，本文又通過建立傳動機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，利用解析法求解動篩體的運動參數(shù)，驗證仿真分析結(jié)果。

1 運動仿真分析

1.1 建立三維模型

UG是一款集CAD/CAE/CAM于一體的參數(shù)化機械產(chǎn)品造型設(shè)計軟件，在汽車、造船、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有強大的實體建模和虛擬裝配功能，是當今世界上一流的產(chǎn)品設(shè)計軟件。而ADAMS軟件擅長做模型的運動學(xué)和動力學(xué)分析，建模方法單一，特別對于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的零件，建模過程困難，一般ADAMS軟件不用于建立三維模型。

本文首先在UG軟件中建立動篩排矸機傳動機構(gòu)各主要部件的三維模型，再進入UG軟件的裝配環(huán)境，按照部件間的幾何約束關(guān)系進行虛擬裝配，得到動篩排矸機的裝配模型，最后把裝配好的模型以Parasolid的形式導(dǎo)入ADAMS中（如圖1所示）。需要注意的是，曲柄有4個安裝位置，技術(shù)人員在安裝曲柄時，可以根據(jù)工作需要選擇不同的安裝位置。4個安裝位置對應(yīng)的曲柄長度分別是195 mm、200 mm、205 mm、210 mm。

1.2 運動仿真分析

動篩排矸機的工作過程：驅(qū)動盤是原動件，由電機經(jīng)減速裝置驅(qū)動，驅(qū)動盤通過自身的旋轉(zhuǎn)運動帶動曲柄繞安裝中心轉(zhuǎn)動，曲柄通過連桿帶動搖桿往復(fù)擺動，搖桿再通過拉桿帶動整個動篩體做上下往復(fù)運動，使煤和矸石隨著動篩體做上下往復(fù)運動，達到選煤的目的。

通過分析動篩排矸機的工作過程可以看出，各構(gòu)件間的相互運動為回轉(zhuǎn)運動，所以在ADAMS運動副的設(shè)置中，把各構(gòu)件鉸接處的運動副設(shè)置為回轉(zhuǎn)副，驅(qū)動盤、搖桿和動篩體與機架固連，分別和機架構(gòu)成回轉(zhuǎn)副。對各個部件設(shè)置質(zhì)量，密度設(shè)定為7.80×103 kg/m3。驅(qū)動盤為主動件，在驅(qū)動盤和機架組成的回轉(zhuǎn)副上設(shè)置驅(qū)動，轉(zhuǎn)速按照動篩排矸機實際工作的情況設(shè)定為40 r/min，仿真時間為3 s，也就是2個運動周期。

1.3 仿真結(jié)果輸出

運動副、驅(qū)動設(shè)置完成后，對整個部件進行運動學(xué)仿真求解，得出仿真結(jié)果。通過后處理，可以得出各個構(gòu)件的運動參數(shù)，如角速度、角加速度、質(zhì)心位移等。以曲柄長度200 mm為例，根據(jù)研究目的的需要，可以獲得動篩體的相關(guān)運動參數(shù)，輸出仿真結(jié)果如圖2所示，圖2（a）表示動篩體入料口在豎直方向上的位移，圖2（b）表示動篩體的擺角變化曲線。從圖2（a）中可以得出，入料口在豎直方向上位移的最大值是868 mm，最小值是492 mm，兩者之差就是動篩體入料口的振幅A=376 mm。從圖2（b）中可以看出，動篩體擺角幅度極值差為4.7°，說明擺角φ=4.7°。AB段表示動篩體回落時間，BC段表示動篩體上升時間，進而可以求出動篩體上下往復(fù)運動時的急回特性K=tBC/tAB=1.27。

修改曲柄長度L為195 mm、205 mm、210 mm，分別得出相應(yīng)的入料口位移、動篩體擺角和急回特性，具體數(shù)據(jù)見表1。

2 向量解析法求解相關(guān)參數(shù)

用傳統(tǒng)的向量解析法來求解傳動機構(gòu)的運動規(guī)律，進一步驗證ADAMS仿真結(jié)果的正確性。

2.1 建立數(shù)學(xué)模型

動篩排矸機的傳動機構(gòu)可以簡化為平面六桿機構(gòu)，分別用l2、l3、l4、l5、l6、l7表示驅(qū)動盤、連桿、搖桿CD、搖桿BE、拉桿、動篩體，l1和l8為機架，機構(gòu)簡圖如圖3所示，桿長值分別為l1=548 mm，l2=200mm，l3=347 mm，l4=527 mm，l5=556 mm，l6=419 mm，l7=4 680 mm，l8=4 308 mm。

2.2 求解角位移

由封閉四邊形ABCD和DEFG得出矢量方程：

2.3 利用Matlab軟件處理計算結(jié)果

Matlab軟件具有強大的計算功能，可以把上面復(fù)雜的數(shù)據(jù)計算求解后，以圖表的形式輸出，得到搖桿和動篩體角位移的運動曲線和數(shù)值。由Matlab軟件計算得動篩體的擺角為0.08 rad，即4.6°，入料口振幅可按照弧長近似計算，得A=374 mm，急回特性為K=1.24。與ADAMS仿真分析結(jié)果對比，結(jié)果十分接近，這也證明了ADAMS運動仿真分析的結(jié)果是正確的，但ADAMS大大簡化了計算過程。

3 結(jié)論

（1）本文通過UG建模和ADAMS運動仿真，對動篩排矸機傳動機構(gòu)進行了運動學(xué)分析，求解出動篩體的相關(guān)運動參數(shù)，相比解析法，體現(xiàn)出ADAMS在運動仿真分析方面的優(yōu)越性。

（2）在充分了解動篩排矸機選煤原理后，改變4個曲柄的安裝位置所對應(yīng)曲柄的長度，用圖表和數(shù)據(jù)方便、直觀地反映出選取不同曲柄安裝位置對動篩體運動規(guī)律的影響，隨著曲柄長度的增加，動篩體的擺角和急回特性呈增大趨勢，有利于提高選煤效率，為動篩排矸機傳動機構(gòu)的安裝調(diào)試提供了理論基礎(chǔ)，在技術(shù)人員選擇具體安裝位置時，給予了很好的指導(dǎo)。

參 考 文 獻

[1]李增剛.ADAMS入門與實例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[2]孫桓，陳作模.機械原理[M].第7版.北京：高等教育出版社，2006.

[3]呂鯤，袁揚.基于ADAMS的六桿機構(gòu)運動學(xué)及動力學(xué)仿真分析[J].河南理工大學(xué)學(xué)報，2012（5）：553-559.

[4]袁揚，王闖，王錦紅.基于ADAMS的六桿機構(gòu)仿真及優(yōu)化[J].機械工程與自動化，2016（8）：67-68.

[5]謝貴山，韓啟明.基于仿真分析與試驗的整車尾門振動異響研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2017（6）：56-59.

[責任編輯：陳澤琦]