基于系统动力学与颗粒动力学耦合的振动筛动态特性分析

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.220104

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2023, Vol. 51 ›› Issue (1): 41-50.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.220104

所属专题： 2023年机械工程

基于系统动力学与颗粒动力学耦合的振动筛动态特性分析

贺朝霞¹ 王星哲¹ 邢增飞¹ 肖寒²

^1.长安大学工程机械学院，陕西西安 710064
^2.中车时代电动汽车股份有限公司，湖南株洲 412007

收稿日期:2022-03-06 出版日期:2023-01-25 发布日期:2023-01-02
通信作者: 贺朝霞（1978-），女，博士，副教授，主要从事工程机械系统动力学、颗粒动力学与虚拟样机技术研究。 E-mail:hezhaoxia@chd.edu.cn
作者简介:贺朝霞（1978-），女，博士，副教授，主要从事工程机械系统动力学、颗粒动力学与虚拟样机技术研究。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51605040);陕西省自然科学基金资助项目(2021JM-166)

Dynamic Characteristics Analysis of Vibrating Screen Based on System and Particle Coupling Dynamics

HE Zhaoxia¹ WANG Xingzhe¹ XING Zengfei¹ XIAO Han²

^1.School of Construction Machinery，Chang’an University，Xi’an 710064，Shaanxi，China
^2.CRRC Times Electric Vehicle Co. ，Ltd. ，Zhuzhou 412007，Hunan，China

Received:2022-03-06 Online:2023-01-25 Published:2023-01-02
Contact: 贺朝霞（1978-），女，博士，副教授，主要从事工程机械系统动力学、颗粒动力学与虚拟样机技术研究。 E-mail:hezhaoxia@chd.edu.cn
About author:贺朝霞（1978-），女，博士，副教授，主要从事工程机械系统动力学、颗粒动力学与虚拟样机技术研究。
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(51605040);the Shaanxi Natural Science Foundation of China(2021JM-166)

摘要/Abstract

摘要：

为揭示振动筛振动与物料颗粒运动的相互作用，了解振动参数对系统动态特性的影响，建立了振动筛系统动力学与颗粒动力学的耦合分析模型，实现了振动筛系统筛分过程的实时双向耦合仿真，有效提高了仿真模型的精度。根据振动筛分试验计算出筛分产品的实际产率，得到了稳定状态下各层筛网上的颗粒分布情况。相较于未耦合模型，考虑振动筛与颗粒动力学耦合的模型能获得更为精确的受力分析，且计及了筛体对物料的抛掷作用，避免了传统仿真中各层筛面的颗粒堆积，与实际筛分情况更相符。同时，分析也表明物料最大冲击力不随筛网层数的下移而降低。文中最后研究了物料冲击力随振动筛主要参数的变化规律，发现：物料冲击力的大小随筛面面积呈同方向改变，筛网长度的变化会造成物料驻留时间的变化，从而影响冲击力；物料冲击力的大小随筛面倾角的增大而减小；当振动方向角在57°~90°范围内变化时，冲击力呈倒V字型变化。文中研究结果为振动筛的减振降噪动态优化设计提供了理论指导。

关键词: 工程机械, 动态特性, 耦合仿真, 振动筛, 颗粒动力学

Abstract:

In order to analyze the interaction between the vibration of vibrating screen and the movement of particles and reveal the influence of vibration parameters on the dynamic characteristics of the system, this paper establishes a model for the coupling of vibration sieve system dynamics and particle dynamics. By using this model, real-time bi-directional coupling simulation of screening process can be realized, and the accuracy of the simulation model is effectively improved. The steady-state particle distribution at each layer of screen is obtained based on the actual screening yield which is calculated in terms of screen test. As compared with the uncoupled model, the model considering the coupling of vibrating screen and particle dynamics can obtain more accurate force analysis, and enhance the material throwing of the sieve body, avoiding the particle accumulation of each layer in the traditional simulation, which is more consistent with the actual screening situation. Meanwhile, the coupling analysis also indicates that the maximum impact force of materials does not decrease as the number of screen layers decreases. Finally, the variation law of material impact force with the main parameters of vibrating screen is studied. The results indicate that the impact force of the particles not only varies as the proportion of screen surface area, but also relies on the residence time of the particles on the screen; the impact force of the particles decreases with the increase of the inclination angle of screen surface. When the vibration direction angle is within 57°to 90°, the magnitude of the impact force shows an inverted V-shape. The results provide a theoretical guidance for the dynamic optimization design and noise reduction of vibration screen.

Key words: construction machinery, dynamic characteristic, coupling simulation, vibrating screen, particle dynamics

中图分类号:

TH113.1

贺朝霞, 王星哲, 邢增飞, 等. 基于系统动力学与颗粒动力学耦合的振动筛动态特性分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(1): 41-50.

HE Zhaoxia, WANG Xingzhe, XING Zengfei, et al. Dynamic Characteristics Analysis of Vibrating Screen Based on System and Particle Coupling Dynamics[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2023, 51(1): 41-50.

图/表 16

图1

图2

图3

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表1

表2

表3

图5

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参考文献 22

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物料粒径/mm	物料级配比/%	生产速率/（kg·s^-1）
25.6	7	7.78
20.8	20	22.22
14.4	15	16.67
8.8	20	22.22
4.8	8	8.89
2.4	30	33.33

网孔尺寸/（mm×mm）	丝径/mm	有效网孔尺寸/（mm×mm）
26.5×26.5	3	23.5×23.5
21×21	2	19×19
14×14	2	12×12
9×9	2	7×7
6×6	2	4×4

颗粒模型	颗粒形状	颗粒比例/%	颗粒模型	颗粒形状	颗粒比例/%
	针状体	20		五面体	25
	四面体	30		六面体	25

筛网层数	T_s/s	F_s/N	一倍频程幅值/N
1	4.8	6 008	1 376
2	5.2	7 582	1 775
3	5.0	4 128	905
4	5.4	6 748	1 544
5	5.0	3 506	829

筛网层数	筛网冲击力/N		筛面颗粒物重量/N
筛网层数	耦合	未耦合	筛面颗粒物重量/N
1	6 008	6 477	6 241
2	7 582	3 577	6 116
3	4 128	2 626	4 574
4	6 748	4 457	7 056
5	3 506	5 004	3 700

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Dynamic Characteristics Analysis of Vibrating Screen Based on System and Particle Coupling Dynamics

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