發(fā)布時(shí)間：2016-10-23 08:16

1 緒論 

1.1  課題研背景、目的和意義
我國(guó)糧食的收獲機(jī)械化程度不斷提高，隨之產(chǎn)生的糧食中的雜質(zhì)（特別是秸稈段）增加嚴(yán)重，糧食收獲后沒(méi)有有效配套的清理技術(shù)及設(shè)備，造成商品糧的含雜率大幅度上升，雜質(zhì)中充填有大量的秸稈和糠皮，在儲(chǔ)存過(guò)程中極容易發(fā)熱，發(fā)生蟲(chóng)害、霉變、污染，直接造成糧食損失甚至達(dá)到 6%左右，對(duì)下游的糧食加工帶來(lái)了很大的影響，嚴(yán)重影響了加工產(chǎn)品的質(zhì)量，增加了加工企業(yè)的成本。 我國(guó)糧食種植采用的是一家一戶或一定規(guī)模的土地承包種植模式，雖然在收獲糧食時(shí)大部分都采用了機(jī)械化收割，但是糧食的收獲及產(chǎn)后處理也是采用傳統(tǒng)的一家一戶形式，基本無(wú)連續(xù)的產(chǎn)后清理，只是通過(guò)機(jī)械收獲后，將糧食搬運(yùn)至家中各自晾曬后直接出售或自己保存，在晾曬過(guò)程中可能會(huì)采用人工方式進(jìn)行簡(jiǎn)單粗糙的雜質(zhì)清理，且勞動(dòng)強(qiáng)度大，無(wú)規(guī)范、無(wú)要求、無(wú)標(biāo)準(zhǔn)，隨意性大，甚至沒(méi)有進(jìn)行基本清理的原糧直接出售，以致糧食中出現(xiàn)大量雜質(zhì)，特別是大雜（秸稈等）直接進(jìn)入到糧庫(kù)和糧食加工企業(yè)，而機(jī)械收獲時(shí)產(chǎn)生的秸稈段數(shù)量多，不僅嚴(yán)重影響糧食的存儲(chǔ)，而且很容易產(chǎn)生糧食發(fā)熱變質(zhì)，其現(xiàn)象相當(dāng)普遍，造成糧食損失，甚至對(duì)加工出來(lái)產(chǎn)品的質(zhì)量造成一定的影響，同時(shí)糧庫(kù)及部分加工企業(yè)收購(gòu)時(shí)進(jìn)行的簡(jiǎn)單出清理產(chǎn)生的雜質(zhì)，又存在運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，造成無(wú)謂的運(yùn)進(jìn)運(yùn)出循環(huán)浪費(fèi)。 受糧食種植模式的制約，我國(guó)在糧食收獲后田間地頭的及時(shí)清理技術(shù)的研究處于空白，既無(wú)糧食產(chǎn)后清理技術(shù)的研究也無(wú)專用的糧食產(chǎn)后的清理裝備。由于收獲后的原糧中存在較多雜質(zhì)（特別是秸稈段），糧食加工過(guò)程中需要采用中復(fù)雜的清理技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行清理，清理成本加大的同時(shí)又得考慮大量清理出的雜質(zhì)的處理問(wèn)題。所以，無(wú)糧食產(chǎn)后清理技術(shù)及裝備、不僅會(huì)使糧食中的雜質(zhì)含量增高，也造成雜質(zhì)循環(huán)重復(fù)運(yùn)輸?shù)睦速M(fèi)，更使糧食儲(chǔ)存發(fā)熱霉變可能性增大。 
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1.2  國(guó)內(nèi)外目前研究發(fā)展現(xiàn)狀
自上世紀(jì) 70 年代以來(lái)，人們開(kāi)始使用有限元分析法對(duì)多種振動(dòng)機(jī)械作了動(dòng)態(tài)特性和靜強(qiáng)度的計(jì)算分析，積累了較多的經(jīng)驗(yàn)。其中馬富強(qiáng)等人利用有限元程序?qū)Υ笮驼駝?dòng)篩進(jìn)行了振動(dòng)計(jì)算和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)篩箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行大修改，并結(jié)合有限元分析軟件，研究發(fā)現(xiàn)僅通過(guò)將裝于側(cè)板上的護(hù)板做成整體這一局部的變化，即可將第二階固有頻率(16.11Hz)提高到（20Hz）左右。此時(shí)對(duì)篩箱結(jié)構(gòu)的動(dòng)應(yīng)力集中問(wèn)題得到了很好的改善，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。河南洛陽(yáng)礦山機(jī)械研究所的高級(jí)工程師劉戀華對(duì)于對(duì)具有自同步激振器的振動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)作了分析；用有限元結(jié)構(gòu)分析程序計(jì)算分析了大型振動(dòng)篩的篩框強(qiáng)度。研究得到對(duì)于直線振動(dòng)篩，振動(dòng)方向角受彈簧的垂直、水平方向剛度的影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮；對(duì)于處于振動(dòng)狀態(tài)下的機(jī)體，一定要加強(qiáng)整體的剛性，使篩框(不包括彈簧)的一階固有頻率偏離篩分機(jī)的工作頻率，以免產(chǎn)生共振現(xiàn)象。王志偉、孟玲琴通過(guò)對(duì)直線振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)模態(tài)分析，得到了篩分機(jī)系統(tǒng)的各階固有頻率和振型圖；即通過(guò)對(duì)系統(tǒng)頻率和振型的研究，可更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)篩箱上容易發(fā)生破壞的薄弱環(huán)節(jié)，進(jìn)而為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)，有利于提高振動(dòng)篩分機(jī)的使用壽命與可靠性。 2008 年宮美英在大型振動(dòng)篩系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)研究中介紹了建立振動(dòng)系統(tǒng)微分方程的基本方法，結(jié)合拉格朗日法的原理與方法建立了大型直線振動(dòng)篩振動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合有限元仿真軟件對(duì)振動(dòng)篩進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析，給出了該機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率以及運(yùn)動(dòng)軌跡方程的表達(dá)式。 
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2 振動(dòng)清理篩的動(dòng)力學(xué)分析 

本章將以 TQLZ100×200 振動(dòng)清理篩為研究對(duì)象，基于拉格朗日能量原理，結(jié)合振動(dòng)清理篩正常工作下的激勵(lì)、約束條件為邊界條件，建立 TQLZ100?200 的高效振動(dòng)清理篩的力學(xué)模型與運(yùn)動(dòng)微分方程，并對(duì)微分方程進(jìn)行數(shù)值求解，以探究系統(tǒng)支撐彈簧材料以及橡膠彈簧理論模型的選取。為后續(xù)對(duì)振動(dòng)清理篩的分析提供基礎(chǔ)。

2.1  振動(dòng)清理篩的結(jié)構(gòu)組成
振動(dòng)清理篩的篩體是由鋼板焊接及螺栓連接組成的，篩體與支撐機(jī)架之間的連接是通過(guò)中空的橡膠彈簧支架來(lái)實(shí)現(xiàn)的。抽屜式的兩層篩格通過(guò)導(dǎo)軌支撐、沖孔薄鋼板篩面內(nèi)置于木質(zhì)篩格上，篩面上通過(guò)設(shè)有橡皮球?qū)崿F(xiàn)篩面的清理。篩體傾角的可調(diào)范圍為??21~0 。由壓緊機(jī)構(gòu)將篩格鎖緊固定，在更換篩面時(shí)需松開(kāi)壓緊機(jī)構(gòu)，然后將篩格抽出。TQLZ100×200  型振動(dòng)清理篩采用兩個(gè)完全相同的振動(dòng)電機(jī)來(lái)提供驅(qū)力，振動(dòng)電機(jī)是由四只螺栓固定于安裝圓盤(pán)上，他們分別對(duì)稱地固定安裝在篩體兩側(cè)的電機(jī)底座上，并且兩個(gè)振動(dòng)電機(jī)的軸心連線通過(guò)篩體的質(zhì)心。振動(dòng)角的調(diào)節(jié)是通過(guò)松開(kāi)固定電機(jī)底座的螺栓，然后電機(jī)可以連同底座一起繞其中心軸旋轉(zhuǎn)，從而改變電機(jī)的安裝角度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一般振動(dòng)角在 45~0?? 范圍內(nèi)可調(diào)。兩個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的偏重分別安裝在振動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的兩端，通過(guò)振動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)偏重旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)振動(dòng)篩體工作。  
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2.2  振動(dòng)篩的工作原理  
TQLZ100×200  型振動(dòng)清理篩最突出的特點(diǎn)是，運(yùn)用連接在支撐架之上的四組橡膠彈簧來(lái)支撐篩體，其驅(qū)動(dòng)力則是通過(guò)采用兩個(gè)振動(dòng)電機(jī)的振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。兩個(gè)振動(dòng)電機(jī)同時(shí)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，并且旋轉(zhuǎn)的方向相反時(shí)，二者所提供的激振力，在與電機(jī)的軸線相平行的方向上抵消，而在與電機(jī)的軸線相垂直的方向上進(jìn)行疊加，從而使篩體在這一簡(jiǎn)諧力的作用下做往復(fù)直線振動(dòng)? ?26。而且兩個(gè)電機(jī)在安裝時(shí)，其軸線和篩面存有一定的傾斜角度，從而使物料在其自身重力以及激振力的共同作用下，在篩面上彈跳式地不斷向前運(yùn)動(dòng)，并近似為直線軌跡運(yùn)動(dòng)，從而使物料達(dá)到自動(dòng)分級(jí)。  振動(dòng)清理篩的篩分工作主要是通過(guò)篩箱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。振動(dòng)清理篩在工作的過(guò)程中，物料最先由進(jìn)料口偏心錐形管通過(guò)軟布套筒進(jìn)入到進(jìn)料箱，再經(jīng)過(guò)可調(diào)勻料閘門(mén)和分料板，可以在篩寬方向上均勻的分布，進(jìn)而進(jìn)入篩格，在激振力的作用下，篩箱按照一定的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行振動(dòng)，從而迫使物料在其振動(dòng)過(guò)程中不斷的向前運(yùn)動(dòng)。在此過(guò)程中，物料是通過(guò)篩格實(shí)現(xiàn)分層的，也就是顆粒直徑比篩孔大的大、中型雜質(zhì)物料，就會(huì)在第一層篩面清理后，從篩體尾端側(cè)面的大雜出料口排出。篩分過(guò)程分為兩個(gè)階段，第一階段，比篩孔尺寸小的篩分物穿過(guò)物料層到達(dá)第二層篩面繼續(xù)進(jìn)行篩理；其中第二層篩面是除小雜的篩面，篩孔的尺寸小于篩分物的直徑尺寸。第二階段，細(xì)顆粒通過(guò)篩孔直接落入底板上，并由小雜出進(jìn)口排出。而篩上物是物料主流，從卸料口送出機(jī)外，這樣就形成了一個(gè)完整的篩分過(guò)程。  
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3  振動(dòng)清理篩的振動(dòng)特性仿真與研究 ..... 19 
3.1  仿真模型的建立 ...... 19 
3.2  改變彈簧剛度振動(dòng)清理篩的運(yùn)動(dòng)仿真 ..... 21 
3.3  改變彈簧支撐在豎直方向上的位置振動(dòng)清理篩的運(yùn)動(dòng)仿真 .... 24 
3.4  本章小結(jié) .... 26 
4  振動(dòng)清理篩的模態(tài)分析與諧響應(yīng)分析 ........ 27 
4.1  振動(dòng)清理篩的模態(tài)分析 ........ 27 
4.2  振動(dòng)篩篩箱的諧響應(yīng)分析 .... 39
4.3  本章小結(jié) .... 48 
5  振動(dòng)清理篩的振動(dòng)測(cè)試 .... 49 
5.1  振動(dòng)測(cè)試?yán)碚?.......... 49 
5.2  振動(dòng)試驗(yàn)及結(jié)果分析 ..... 51 
5.2.1  試驗(yàn)設(shè)備 ....... 51 
5.2.2  試驗(yàn)步驟 ....... 52 
5.3  測(cè)試結(jié)果 .... 53 
5.4  本章小結(jié) .... 63 

5  振動(dòng)清理篩的振動(dòng)測(cè)試 

本章結(jié)合 SO  Analyzer 數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)對(duì) TQLZ 200100? 振動(dòng)清理篩進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試，了解振動(dòng)清理篩的實(shí)際振動(dòng)中的時(shí)域特性與頻譜特性，并將分析結(jié)果與第四章中的有限元分析仿真的結(jié)果進(jìn)行比較。驗(yàn)證有限元?jiǎng)恿Ψ治龅暮侠硇浴?nbsp;

5.1  振動(dòng)測(cè)試?yán)碚?nbsp;

振動(dòng)測(cè)試的一個(gè)重要應(yīng)用就是要獲得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。模態(tài)試驗(yàn)不僅可以獲得一組可靠的模態(tài)參數(shù)，而且可以獲得結(jié)構(gòu)的阻尼和剛度等重要數(shù)據(jù)。振動(dòng)測(cè)試的另一個(gè)重要應(yīng)用使對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行在線檢測(cè)和故障診斷，利用振動(dòng)測(cè)試對(duì)重大設(shè)備進(jìn)行在線的、實(shí)時(shí)的狀態(tài)檢測(cè)或故障診斷，以便提前發(fā)現(xiàn)故障隱患，增加機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和提高設(shè)備的利用率，并減少停機(jī)時(shí)間和降低維修費(fèi)用。基于振動(dòng)測(cè)試的在線檢測(cè)和故障診斷技術(shù)還可以用于控制工廠產(chǎn)品質(zhì)量，杜絕不合格產(chǎn)品出廠。 振動(dòng)問(wèn)題由脈動(dòng)(輸入)、振動(dòng)結(jié)構(gòu)(系統(tǒng))和響應(yīng)(輸出)三部分組成。試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的主要內(nèi)容包括:首先，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得脈動(dòng)激勵(lì)和響應(yīng)的時(shí)問(wèn)歷程，運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)求得頻響函數(shù)或脈沖響應(yīng)函數(shù)；其次，運(yùn)用參數(shù)識(shí)別方法，求得系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)；最后，確定系統(tǒng)的物理參數(shù)。因此，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是綜合運(yùn)用線性振動(dòng)理論、動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和參數(shù)識(shí)別等手段，進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別的過(guò)程。 結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析首先要測(cè)量頻響函數(shù)，然后用模態(tài)分析軟件對(duì)頻響函數(shù)進(jìn)行分析，識(shí)別出結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。頻率響應(yīng)函數(shù)是線性動(dòng)力系統(tǒng)的固有特性，與激振函數(shù)的類型無(wú)關(guān)。 

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結(jié)論 

本課題是河南省重大科技專項(xiàng)“糧食產(chǎn)后清理技術(shù)與關(guān)鍵裝備的集成研究及示范”（項(xiàng)目編號(hào)：121199110120）的基礎(chǔ)上，根據(jù) TQLZ100-200 振動(dòng)清理篩的具體特征，利用能量原理建立了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，，并結(jié)合仿真軟件對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；運(yùn)用有限元理論，以有限元分析軟件 Ansys workbench 為主要工具，對(duì)振動(dòng)篩篩箱進(jìn)行了結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試。 
（1）利用朗格朗日方程建立了 TQLZ100-200 振動(dòng)清理篩的運(yùn)動(dòng)微分方程，采用數(shù)值方法對(duì)微分方程進(jìn)行了求解分析，并推導(dǎo)出了其相關(guān)的理論參數(shù)。 
（2）在三維建模的基礎(chǔ)上，結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)分析軟件 ADAMS，對(duì) TQLZ100-200 振動(dòng)清理篩的原始模型進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真研究，得出了振動(dòng)清理篩在各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)振幅。并通過(guò)改變彈簧剛度參數(shù)、彈簧支座在豎直方向上的位置，對(duì)新模型進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)的仿真研究，得出在一定的取值范圍內(nèi)通過(guò)改變彈簧剛度參數(shù)，或者小幅度的調(diào)整彈簧支座在豎直方向上的位置不會(huì)改變新模型的運(yùn)動(dòng)幅值。  
（3）運(yùn)用有限元分析軟件  ANSYS Workbench，分別對(duì)原始模型與新模型進(jìn)行了模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析得出了振動(dòng)清理篩的前 10 階模態(tài)、應(yīng)力分布云圖。并通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧支撐在豎直方向不同位置的每個(gè)模型的有限元分析結(jié)果進(jìn)行了分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后振動(dòng)篩篩箱的固有頻率值及相應(yīng)振型與改進(jìn)前的差別很小，不會(huì)發(fā)生共振的現(xiàn)象，且其結(jié)構(gòu)的剛度以及強(qiáng)度均能夠滿足實(shí)際要求，同時(shí)也為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了依據(jù)。 
（4）通過(guò) SO Analyzer 數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)對(duì) TQLZ 200100? 振動(dòng)清理篩進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試，所得各測(cè)試點(diǎn)的振動(dòng)頻率的值都比較接近，并與第四章有限元仿真分析的結(jié)果相一致，從而驗(yàn)證了仿真分析的正確性。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號(hào)：150029