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                    振動給料機在不同進料量及頻率下的功率消耗研究

                    [發布日期:2018-06-04 09:37:00 瀏覽量:389 ]
                     

                    振動給料機在不同進料量及頻率下的功率消耗研究

                        為研究探測進料量及振動頻率對振動給料機物料消耗功率的影響,利用三維離散元軟件EDEM,對GZD 振動給料機在不同進料量、振動頻率條件下的給料過程進行了數值模擬,得出了振動給料機在不同條件下的物料消耗功率。結果表明:進料量越大,物料消耗功率越大;振動頻率越高,物料消耗功率也就越高。在給料機工作一段時間后,其物料消耗功率將達到一個相對穩定的值,可將此值作為振動給料機設計中的物料消耗功率。

                    引言

                        振動給料機作為一種常見的給料設備,可以實現散體物料的連續輸送作業,被廣泛地應用于采礦、冶金、農業、土建等行業中電機是振動給料機的核心部件,其穩定和充足的功率是支持給料機連續生產、保證生產流程的順利運行的必要條件。振動給料機的進料量、振動頻率直接影響給料機的物料消耗功率,從而影響給料機電機功率的確定。通常振動電機的功率計算可分為振動功率和摩擦功率計算兩部分,其中振動功率又分為振動體消耗功率和物料消耗功率,前者可根據經典力學和有限元提取綜合計算得出,而后者的計算與物料參振質量有關。由于連續生產時物料參振質量是不斷變化的,而參振質量又與物料參振系數Km有關,且參振系數Km的選擇范圍寬泛這就造成了物料消耗功率難以準確計算。所以,需要探尋一種新的方式來確定不同工作條件時的物料消耗功率。

                       離散單元法(Discrete element method)作為分析散體顆粒動力學特性的一種有效數值計算方法,被廣泛用于顆粒輸送、粉末加工、混合攪拌、散體倉儲等生產實踐中[8-10]。該方法可以得到實驗難以測得的顆粒尺度數據,例如顆粒能量、動量等。在散體分析方面,離散元法具有良好的可靠性。

                       為了探究進料量及振動頻率對振動給料機物料消耗功率的影響,本文采用三維離散元法,模擬了GZD型振動給料機在不同進料量、振動頻率條件下的給料過程,得出了物料消耗功率。同時揭示了進料量及振動頻率對振動給料機物料消耗功率的影響,振動電機功率的合理選用提供了有益的理論參考。

                    1 給料機幾何模型及模擬參數設置

                    1.1給料機幾何模型

                       本文選取GZD型振動給料機作為研究對象,應用SoildWorKs軟件對其給料箱進行三維建模,給料箱外形尺寸為2580 mm×1280 mm×1200 mm,詳見圖1。物料從進料口進入給料箱內,在不同振動參數的作用下完成給料作業。

                     

                    1.2模擬參數的設置

                     

                       本文應用EDEM軟件對振動給料機的給料過程進行數值模擬及分析。根據相關文獻[12]、13]選用Hertz-Mindin(無滑移)模型,并將所模擬的顆粒設定為圓球形,顆粒材質為焦炭,平均直徑為60 mm。根據實際工藝及有關文獻 ,分別設置焦炭和給料箱的材料屬性及運動參數,見表1。根據振動給料機的實際工藝設置進料量、振動頻率及振幅等參數[12]。研究進料量對物料消耗功率的影響時,設置進料量分別為160、170、180、190 /h,振動頻率為25 Hz,振幅為3.5 mm;分析振動頻率對物料消耗功率的影響時,設置振動頻率分別為15、20、25 Hz,進料量為180 t/h,振幅為3.5 mm。以上模擬分析中均選用21°的振動方向角和6°的槽面傾角。

                    2模擬及結果分析

                    2.1給料過程模擬

                       顆粒群在給料箱中有著復雜的運動形態,給料箱中各位置的顆粒速度也不相同。在給料箱底面和側面的碰撞、摩擦作用下,顆粒運動會呈現類似流體的復雜運動形式。干熄焦顆粒在振動給料箱中的運動過程如圖2所示。

                     

                    2.2物料消耗功率的計算

                       經求解,完成振動給料機在不同進料量及振動頻率條件下的給料過程。通過計算得出振動給料機各時刻在X、Y方向所受的總力及沿兩個方向的運動速度。顆粒輸送過程的求解、計算由計算機及EDEM軟件功能自動完成。此時通過EDEM軟件后處理功能提取X、Y方向的力和速度,將力和速度分別沿振動給料機的激振力方向合成(也就是振動方向角6°的方向),分別得到沿振動方向總力F及運動速度v。

                       條件下的給料過程。通過計算得出振動給料機各時刻在X、Y方向所受的總力及沿兩個方向的運動速度。顆粒輸送過程的求解、計算由計算機及EDEM軟件功能自動完成。此時通過EDEM軟件后處理功能提取X、Y方向的力和速度,將力和速度分別沿振動給料機的激振力方向合成(也就是振動方向角6°的方向),分別得到沿振動方向總力F及運動速度v。

                    根據功率公式:P=F?v

                    (1)式中:P為物料的消耗功率,W;F為振動給料機沿激振力方向所受的總力,N;v為振動給料機沿激振力方向的運動速度,m/s;結合式(1)便可計算出不同條件下,振動給料機中物料消耗的功率P。

                    2.3結果分析

                       將不同條件下各時刻的物料消耗功率P進行對比,得出不同進料量和不同振動頻率對物料消耗功率的影響曲線,如圖3、圖4所示。圖3中頻率選用25 Hz,進料量分別選用160、170、180、190 t/h進行對比;圖4中進料量為180 t/h,振動頻率分別選用15 、20、25 Hz進行對比分析。

                        從圖3中可以看出物料消耗功率曲線先上升,而后隨時間趨于平緩,這說明振動給料機輸送顆粒穩定時,物料消耗功率會達到一個相對穩定值。圖3中選用160、170、180、190 t/h的進料量時,料機物料平均消耗功率分別為2.7、2.9、3.2、3.3 kW,這就說明物料消耗功率隨進料量的增大而增大。進料量為190 t時,


                       給料機的物料消耗功率達到最大,最大值為3.54 kW;其它參數一定,進料量為180 t/h時,振動頻率為15、20、25 Hz時,物料平均消耗功率分別為1.6、2.5、3.2 kW,如圖4所示。這表明提高給料機的振動頻率,會增加物料消耗功率;振動頻率為25 Hz時,給料機的物料消耗功率達到最大,最大值為3.3 kW。

                    3 結論

                    1)利用離散單元法模擬了振動給料機的給料過程,得出了不同條件下振動給料機的物料消耗功率,此計算方法較為新穎。

                    2)其它參數一定時,加大進料量、提高振動頻率都會增加給料機物料消耗功率。



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