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芦苇打包机关键机构设计及其仿真分析

王升  
【摘要】:芦苇是作为造纸的非木材纤维优质原料,也是我国造纸工业的重要原料之一。芦苇产区距造纸企业路途遥远,不断提高的运输成本已成为疆内造纸企业扩大规模提高效益遇到的主要瓶颈之一,将芦苇打成高密度包是降低运输成本的有效方法,而芦苇打包密度与打包机的工作性能密切相关,故本文主要对高密度芦苇打包机关键机构展开研究和分析,主要内容包括: (1)通过对影响芦苇压缩密度的因素进行分析,采用闭式压缩方法针对影响压缩密度的喂入量,压缩速度和含水率三个因素进行压缩试验,得到影响芦苇压缩密度的因素显著程度从大到小依次为喂入量、压缩速度、含水率。在实验环境下喂入量为550g,压缩速度在10mm/min,含水率为17%时可获得较优的压实效果。试验结果表明在实际打包过程中,在一定范围提高喂入量,优先采用低水平压缩速度和高含水率可提高打包密度。 (2)通过分析芦苇打包机在工作过程中的功能要求对关键机构——喂入压缩机构进行设计并建模;计算确定偏心距、曲柄和曲柄连杆长度分别为130mm,273mm和1048.5mm,并通过验证最小传动角证明设计合理;对喂入压缩机构进行了运动学和动力学仿真分析,得到二者在相互协同配合时的位移和速度变化情况以及关键零部件之间铰接处受力情况;喂入动作与压缩动作顺序时差为0.085秒,配合精度符合要求;获得喂入机构中拨叉的扫掠轨迹和喂料拨叉在XY平而内四个外廓极限位置,扫掠而积在0.1m2至0.2m.2之间;在拨叉喂入最高点处,拨叉曲柄与拨叉套轴铰接处受力最大,最可能发生失效或破坏。 (3)基于有限元方法并利用Ansys软件对关键零件曲柄连杆进行模态分析,提取并分析了曲柄连杆前10阶自由模态和约束模态的固有频率和振型,分析结果表明,曲柄连杆在实际工作过程中变形可能性较大的位置为连杆中心及中心对称的两侧位置。在ADAMS中建立压缩机构的刚柔混合模型,对刚性模型和刚柔混合模型的速度和受力进行对比分析,其分析结果表明,刚柔混合系统在系统启动时速度和力值波动均较大,持续时间约为0.05秒,稳定后与刚性系统的运动规律和受力情况基本吻合,最大幅值处相差幅值不超过0.5%;仿真结果表明曲柄连杆柔性对系统影响较小,刚体系统仿真结果满足要求。


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