基于MATLAB的振动筛面上物料运动轨迹仿真

易启伟

(武汉工业学院机械工程学院,湖北武汉 430023)

基于MATLAB的振动筛面上物料运动轨迹仿真

易启伟

(武汉工业学院机械工程学院,湖北武汉 430023)

结合振动筛实际作业工况,用MATLAB对振动筛及筛面上物料的运动进行了分析、编程和运算,基于运算所得数据与结果,对振动筛以及筛面上物料的运动轨迹进行了仿真输出,产生由传统的计算方法和分析手段难以产生的精确、快速和直观的效果,为计算和分析提供了一种有效手段。

振动筛;物料运动状况;MATLAB;仿真;分析

振动筛是一种广泛通用的分级设备,振动筛上物料的运动分析是设计和使用振动筛时确定筛体工作参数的关键,由于振动筛及其筛面上物料运动状况的力学分析及计算比较复杂,且不能直接快速的给出运动轨迹曲线,给分析使用带来不便。用MATLAB软件对振动筛及筛面上物料的运动进行分析、编程和运算,采集由此得出的数据进行研究并获取结果。对振动筛以及筛面上物料的运动轨迹进行仿真输出,有助于在理论上进一步对物料运动规律与振动筛工作参数之间关系的深入研究。同时对于设备选型、分析、振动筛工作参数实时调整、增强振动筛的工作适应性以及加深对引进设备在理论上的探讨都是很有帮助的。

1 筛体及物料运动参数的计算

为简化叙述,以两种实例说明物料运动参数的计算及运动轨迹仿真的过程。

1.1 工作参数

设备主要工作参数如表1所示。

表1 设备主要工作参数

1.2 筛体振动强度和物料临界振动强度计算

筛体振动强度和物料临界振动强度的计算如表2所示。

表2 筛体振动强度和物料临界振动强度

1.3 运动状态参数计算

根据理论分析[1-2]可知：筛体振动强度 K0大于K1、K2、K3,物料颗粒同时具备产生下滑、上滑和抛掷运动的条件。

将上述已知值代入经处理后的数学模型 (同时求得抛始相位),利用 MATLAB[3]编程 (程序略),采集程序计算的数据后分别得出实例 1和实例 2的抛始相位ωte时的抛止相位ωtf并计算理论上滑、下滑起始相位ωtc和ωta,相应相位计算值如表3所示。

表3 相应相位计算值 /°

2 筛体、物料的运动分析及基于MATLAB的运动轨迹仿真

2.1 实例 1

根据物料颗粒运动时,滑移和抛掷之间的衔接关系,可分析确定实际滑移运动和起止相位,由于抛掷运动的抛止相位ωtf=268°大于上滑运动的始滑相位ωtc=208°,故实际上滑运动的始滑相位等于抛掷运动的抛止相位,即ωtcs=ωtf=268°,令理论上滑速度=0,可计算出实际上滑止滑相位ωtds=383°。

由于上滑止滑相位ωtds(=383°)-360°小于抛掷运动的始抛相位ωta(=36°),故产生下滑运动,实际下滑始滑相位ωtas=ωtds-360°=23°,实际下滑终止相位为下一个循环周期中的抛始相位ωtbs=ωte=36°。振动筛与筛面上物料的抛掷与滑移运动衔接关系可基于MATLAB编程显示其运动轨迹仿真图如图1所示。

图1 抛掷与滑移运动衔接关系的运动轨迹仿真图 (实例 1)

从图中可清楚地看到物料颗粒的运动过程：36°(第一周)起跳→268°落回筛面→开始上滑→383°(第二周)上滑结束开始下滑→396°下滑结束,开始第二次抛掷起跳运动。

此例中虽然物料产生了抛掷加滑移运动,但从物料运动轨迹图中可以看出,其物料颗粒相对起跳高度较小,对于起跳高度要求较大的筛分工艺而言,还需要调整振动方向角β和筛面倾角α。

2.2 实例 2

由于抛掷运动的抛止相位ωtf=322°,大于上滑运动的始滑相位ωtc=227°,故实际上滑运动的始滑相位等于抛掷运动的抛止相位ωtcs=ωtf=322°,令=0,可计算出实际上滑止滑相位ωtds=331°,计算出下滑始滑相位ωta=366°。

由于上滑止滑相位ωtds(=331°)＜下滑始滑相位 ωta(=336°) ＜抛始相位 ωte(=385°),故上滑终止和下滑开始间有一段时间处于静止 (366°-331°=35°)到 366°时 ,开始下滑 ,到 385°停止下滑 ,再跳起,开始新一轮循环。振动筛与筛面上物料的抛掷与滑移运动衔接关系可基于MATLAB编程显示其运动轨迹仿真图如图2所示。

图2 抛掷与滑移运动衔接关系的运动轨迹仿真图 (实例 2)

相对实例 1而言,由于改变了振动方向角β(130°改至 135°)及筛面倾角 α(4°改至 8°),改动虽不大,且同样是抛掷和滑移运动,但滑移运动的实际情况有所改变,且主要改变是物料颗粒跳离筛面的最大距离是前者的 2倍左右,约为 4 mm,有利于物料筛分穿孔。由此可清楚看出,分析不同筛面上物料的运动轨迹,对于确定筛面运动参数,提高振动筛工作适应性非常重要的。

3 结论

通过两个实例,用MATLAB软件对振动筛运动参数模型进行编程和运算,并对其运动轨迹进行了仿真输出,得出大量的数据及图形供采集后进行分析、比较。利用本文的分析方法及相应的程序,可以在计算机上输入不同的参数编程计算,并得到振动筛与物料抛掷与滑移运动的衔接关系运动轨迹图,这对于在实践中进一步摸索、设计、调制出更多具有不同特点的物料运动状况,为振动筛实现更好的筛分效果或更高的产量、提高其工作适应性提供了一种有效手段。

[1] 顾尧臣.粮食加工设备工作原理、设计和应用[M].武汉：湖北科学技术出版社,1998.

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[4] 唐敬麟.破碎与筛分机械设计选用手册[M].北京：化学工业出版社,2001.

[5] 肖旭林.食品加工机械与设备[M].北京：中国轻工业出版社,2000.

Simulation of the moving path of materials on screen surface based on MATLAB

YI Qi-wei
(School of Mechanical Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China)

Considering the actual working conditions of the vibrating screen,the movement of the vibrating screen and the materials on its screen surface was analyzed,programmed and calculated by MATLAB software,and the moving paths of them were also simulated based on the calculating data and results.It is revealed that this approach is more accurate,rapid and visualized than the traditional calculating and analytical methods,which provides an effective means for calculation and analysis.

vibrating screen;movement status of materials;MATLAB;simulation;analysis

TS 210.3

A

1009-4881(2010)01-0029-03

10.3969/j.issn.1009-4881.2010.01.009

2009-07-20.

易启伟 (1952-),男,副教授,E-mail：qiweiyi@126.com.