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無砂混凝土井管振動臺的開發
2016.12.26
無砂混凝土井管是農用機井的重要組成部分。隨著機井事業的不斷發展及新形式下機井建設的要求。成井工藝在不斷革新,對井管質量要求愈來愈高。因此,生產工藝也在不斷改
農田灌溉用無砂管生產工藝簡單,主要使用擠壓振動法成型,工藝的技術關鍵是混凝土的配合比以及振動時間。配合比是決定強度的制約因素,而振動工藝則是保證孔隙形成,透水性大小的重要因素。配合密實的強度大,但透水性較??;若振動時間過短,則孔隙較多,但強度變低。一般振動成型系統均采用中高頻振動臺,頻率為30?50Hz,振幅在5mm左右。根據農田灌溉用無砂管工藝技術規程要求,一階段管是在振動臺上進行振動密實的。為了獲得良好的密實效果,使混凝土具有較高的強度和密實度,以及合適的振動時間,從工藝上必須根據混凝土混合料特性,合理確定振動頻率、振幅、振動速度和振動時間,作為設計振動臺的依據。

農田灌溉用無砂管成型系統的傳統設計方法是采用變頻調速系統通過傳送帶帶動振動臺振動,振動臺上附加與實際工作情況等量的重物,通過改變電機轉速和更換主振彈簧來觀察振動臺的振動頻率和振幅,從而確定系統的驅動轉速n,選擇電機轉速為no,則傳動比i=n/no,這樣得到振動臺的振幅和頻率并不準確,誤差很大。本文基于虛擬現實技術,利用軟件對系統進行建模與仿真,以要求的頻率和振幅為優化目標來尋求合適的系統參數,大大降低了研發周期與成本,為農田灌溉用無砂管成型系統的設計提供了幫助。

工作原理

圖1 系統整體結構

系統整體結構如圖1所示,振動臺簡化模型如圖2所示,振動臺采用雙軸同步慣性振動方式,兩臺電機通過帶傳動分別驅動兩個偏心軸高速旋轉;兩偏心軸之間通過傳動比為1:1的齒輪連接實現兩偏心軸轉速相同、轉向相反、相位差為零;振動臺與底座之間通過主振彈簧連接;其水平振動分量互相抵消,只剩下沿垂直方向的振動;兩臺電機的不同步現象通過帶傳動的滑動來補償。系統在工作時,做受迫振動,因為在實際的振動系統中,阻尼總是客觀存在的,如果振動持續不斷地進行,就必須對系統施加一個周期性的外力,系統在周期性外力作用下進行的振動,稱為受迫振動。

1. 振動臺;2. 偏心軸;3. 主振彈簧;4. 底座;

圖2 振動臺簡化模型

系統參數的確定

因系統組件為非規則零件,所以無法直接測量彈簧所連接部分的重量,因此借助軟件Pro/E進行測量。

在Pro/E中的操作為:每個零件模型附加材料,在機構環境下,啟用重力,設定彈簧剛度K=100N/mm和阻尼系數c,初始條件為彈簧自然狀態下,動態模擬。得到振動平臺豎直方向的位移。彈簧所聯結質量M通過彈簧形變,根據胡克定理確定Mg=8KX。

阻尼系數c和振動臺振動頻率的確定結合振動方程、系統固有頻率fo以及臨界阻尼系數rc確定,修改偏心軸的質量為2mo=58.2kg,修改振動臺質量為等效系統的重量M=1439.59kg,修改每個彈簧剛度系數K=1.0E+005N/m,阻尼系數c=3000.0N·s/m,優化目標為振動臺的振動頻率在30?50Hz范圍內,振幅為5mm。

優化方法

方法一:已知振動臺的要求頻率(即確定驅動轉速)和彈簧剛度系數,通過改變阻尼系數,得到合適的振幅。

方法二:已知彈簧剛度系數和阻尼系數,通過改變驅動轉速,達到要求的振動臺的振幅。

因購買彈簧時彈簧剛度系數與阻尼系數已確定,所以采用方法二進行優化。電機轉速與驅動轉速的比值通過帶傳動的傳動比實現。

結論

通過對農田灌溉用無砂管成型系統進行受力分析得到系統的振動方程,為農田灌溉用無砂管成型系統的設計提供了理論基礎。

結合振動方程并利用Pro/E建模導入ADAMS進行仿真,優化得到當主振彈簧剛度系數K=1.0E+005N/m,阻尼系數c=3000.0N·s/m,電機轉速no=1499r/min,傳動比i=1.5時振動臺振幅近似等于5mm,頻率f=37.5Hz。

利用軟件建模與仿真,大大縮減了系統研制的周期以及降低了產品在研制過程中的成本。

數據提供:天助網    
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