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基于1T-2R并联机构的多维振动筛设计与研究

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1T-2R paralel institutions multidimensional shaker design and researchLIN yh- en,ZHA0 Zhi-ganguzhou Vocational and Technical Colege,Quzhou,Zhejiang 324000,China)Abstract:This paper looked on parallel mechanism as the main body of the vibrating screen.After analyzing thecomposition as wel as the characteristics of structure of two parallel mechanisms,one of the mechanisms was determined。

Kinematics performance of the main body was simulated with software ASAMS,as a result,the motion eues of thescreening surface was gained.The muhi-dimensional vibrating screen has higher screening efficiene contrasts reciprocalvibrating screen for multi-dimensional vibrating screen has paralel motion modes。

Keywords:paralel institutions;shaker,virtual prototype1 研究背景及意义目前清选筛多采用 葡连杆机构,工作时筛面进行往复摆动式平面复合运动。虽然机构简单,但当筛面上有较厚的籽粒层堆积时却不能多向有效分层,筛分效率受到-定影响;加之筛架质量较大,因此惯性力较大,容易引起机器的振动和连接处的松动。众所周知,并联机构具有结构刚度大、承载能力强 、定位和运动精度高以及惯性低等优点。文章将并联机构的动平台看作筛面,以并联机构作为振动筛的主体机构,获得筛面多维运动来提高筛分效率。其研究成果对提高振动筛这类机器的工作效率都具有参考价值。

2 多维振动筛运动形式以筛面中心为原点的直角坐标系,x轴表示筛面横向,Y轴表示筛面长度方向,Z轴符合右手定则。为使筛面上的脱出物由进口端向出口端运动,多维振动筛面需有沿 Y向(出口方向)的往复振动分量。若筛面还有沿 x、z方向的往复振动分量 ,其幅值不能大于 Y向幅值。筛面若可有绕 Y、Z轴的转动分量 ,其转角不能过大以免降低筛面的有效使用面积∩能的多维筛面运动形式如表 1所示。

多维筛面运动能使籽粒在筛面上很好的分散开,可有效分层筛面上的堆积籽粒层,增大筛面的实际使用面积,充分发挥筛面的透筛潜力,弥补往复式运动筛面上筛孔易被堵塞的不足,有利于提高筛分效率,其中y op和yp-y两种筛面运收稿日期:2013-04-15作者简介:林钰珍(1984-),女,硕士,讲师,主要研究方向:机械设计。

表 1多维筛面运动形式筛面 自由度数目筛面运动形式D3x Y g 1g p g J记作 xy13[g Y g ]记作Yd Bg Y g] g py J记作 YB注 :表 示该运动分量 为 常里 ;xy 13 xy yz p酋I"J 辜 记作 d·记作 p记作 - . fg y g i f f5 l p j a g J记作 xy opy 记作xyzOt6 ]记作xyz OLp为筛面绕X、Y、z方向 的 转动。

3 1 T-2R并联机构结构组成和结构特性分析(1)1T-2R并联机构的结构组成及活动度计算。图 1(a)、(b)所示并联机构均由混合支链组成的平面五杆机构及空间支链连接动平台M和静平台 F组成。机构共有 9个运动副,8个构件,l2个 自由度(不计(s8-s9)之间的局部转动 自由度)。

76 湖 南 农 8/I. 2013年5月机构的独立回路数目v9-812。由于平面基本回路的独立位移方程数,而另-基本回路的独立位移方程数;根据活动度计算公式,得此并联机构的活动度为:F: mi ∈ 112-(36):3i I : l JYX(b)图 1 1T-2R并联机构的结构组成(2)lT-2R并联机构的运动输出特征矩阵。图 l(a1表明支路在动、静平台之间的配置方位:所有移动副的移动方向均与Y轴平行,转动副R4、 、民 的回转轴线与x轴平行,转动副R7的回转轴线与(R4-R )的连线重合,若初始时刻(R4-R5)的连线与 Y轴平行,则机构的运动输出特征矩阵为:M t'(/y),x'v))t'(/ /y)'v))]其中:t (/v)表示沿平行于Y轴方向的-维移动;r2(/Y(x,v))表示绕平行于X轴与Y轴所在平面的二维转动。

于是,并联机构的运动输出特征矩阵还可表示为:Mil y。 l满足yet p式筛面动平台的运动输出形 Of. D g式。

改变支路在动、静平台之间的配置方位,如图 1(b)所示:使平面五杆机构与 XOY平面平行。此时,移动副的移动方向仍与 Y轴平行,转动副 R7的回转轴线也与 Y轴平行 ,转动副R4、R5、R6的回转轴线则与 z轴平行,机构的运动输出特征矩阵为:M 其中:r2(/Y(y,z))表示绕平行于 Y轴与 z轴所在平面的二维转动。

同理,机构的运动输出特征矩阵还可表示为:M y l g pY符合Y B 式筛面动平台的运动输形式。

(3)驱动器可配置性(确定主动副)。由主动副判定准则 ,选定图 1(a)、1(b)静平台上的 3个移动副并刚化之 ,根据活动度公式 ,刚化后机构的自由度为:F∑-min∑∈. 9-(36)01 1 J 1即,选定的3个移动副可同时为主动副。

(4)运动学复杂性分析。并联机构的运动学复杂性分析是指机构基本运动链(BKC)的划分及耦合度的计算。由于图 1(a)、1Co)所示机构的结构组成相同,它们的运动学复杂性是-致的 。

当移动副 P 、P 、P,为主动副时,由耦合度算法可知:SOCl(-p1上R4//RdR6 J-P2-),Al -Il-《l15-2-30;j lm 1 SOC2-R7-S8-S9-P3-,A 2: fi-Iz-e7-1-6O;l 1机构包含两个 BKC:SOC.组成第-个 BKC。,其耦合度k。0;SOC:组成第二个 BKC:,其耦合度 k:0。因机构耦合度为0,机构的运动学 、动力学可依次单独求解。

4 选取适于作多维振动筛的机型(1)适用于作多维振动筛机型的选取原则,要从三种并联机构中优选出适于作多维振动筛的机型需考虑以下几点:①机构活动度为,当有个主动输入时,其运动具有确定性;②实现期望运动输出,且非期望运动输出为常量;③多回路机构耦合度较低,使运动学、动力学设计较为简单;④机构可由R、P、C、T及 S副组成 ,且运动副数应旧能少;⑤全部主动副位于同-平台,或旧能靠近同-平台,以利于驱动器配置,并改善机构动力学性能;⑥在保证筛分效率的前提下,机构所需安装空间应尽量小,结构紧凑为好。

(2)机型优眩通过上文对两种机型的结构组成和结构特性进行分析,得知两种机型的耦合度都为 0,机构各回路运动学与动力学分析可依次单独求解 ,求解过程大大简化 ;且两种机型的全部主动副可同时位于静平台,动力学性能好。但是,图 1fb)所示机型由于平面五杆机构位于筛面所在平面内,将扩大振动筛的安装空间,增大清选筛的外形尺寸。因此 ,基于多维振动筛机型的选取原则,优选图1(a)中所示机型为振动的主体并联机构。

5 仿真实现S8图2多维振动筛主机构如图2所示为多维振动筛的主机构,设位于杆件的中心;建立定坐标系 OXYZ,其中Y轴与(P,- )的连线重合 ,z轴与平行 ,x轴符合右手定则 ,且初始时刻移动副的中心与原点 0重合 ;建立动坐标系 0。X Y Z ,原点 0。与重合,Y 轴与 l 重第 40卷第 5期 林钰珍,赵志刚:基于 1T-2R并联机构的多维振动筛设计与研究 77合,z 轴垂直于上动平台平面;另外,l0表示 P 、P2间的初始距离,-k、m分别表示初始时刻 P 在定坐标系中的 x、Y轴坐标。

为 了对多维振动筛主机构 的运动性能进行测试 ,在ADAMS软件中建立如图3所示的运动仿真模型。根据振动筛的工艺参数 ,建模时 主机构 的尺度 如下 :lo1200、11300、l,1100、13145、54O5、15900、16322、lv110、k1000、m600,单位 (mm)。主动输入 Pl30(1-cos(10-rt))、P244(1-COS(10vt))、P3150(1-cos(10'rrt)),单位(mm),得出如图 4所示- 周期内主机构的运动输出曲线。

图3多维振动筛主体并联机构在 ADAMS中的运动仿真模型言呈磊岳-- b ml / 1-- - / 、、 / /- 7-,.--/ 、 、 /, // 图4多维振动筛主体并联机构的运动输出曲线鑫粤盖由图4可知三条运动输出曲线均具有对称性,虚拟样机性能较好。

6 结语所选-平移两转动的并联机构运动学和动力学分析简单,动力学性能好,安装空间校以该机型为多维振动筛的主体机构,筛面可实现空间三维运动,能够有效分散堆积籽粒层,增大筛面的实际使用面积,充分发挥筛面的透筛潜力;弥补平面往复式振动筛面易造成筛孔堵塞的不足,保证良好的透筛环境。

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