基于Solidworks的電除塵器振打裝置的設(shè)計(jì)及虛擬裝配

叢曉霞,王玉萍,張建強(qiáng)

（河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng) 453003）

電除塵器廣泛用于燃煤電廠、水泥、化工等行業(yè)的煙塵凈化、回收,在控制大氣污染方面發(fā)揮了十分巨大的作用.電除塵器的重要組成部分是振打裝置,在振打裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)用虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù),可以大大縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期,迅速地對(duì)市場(chǎng)做出反映,并降低產(chǎn)品成本,提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力.

虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)是指在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中,將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)糅合一起,在計(jì)算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體模型,并針對(duì)該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析,預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能,進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品性能的一種新技術(shù)．

本設(shè)計(jì)在某公司所設(shè)計(jì)制造的電除塵器的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,結(jié)合其他除塵器的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化,確定陽(yáng)極振打裝置的基本尺寸,采用虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)電除塵側(cè)面式振打裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì),并對(duì)側(cè)部撓臂錘振打裝置的各個(gè)組成部分進(jìn)行實(shí)體造型設(shè)計(jì)與虛擬裝配,采用SolidworksAnimator進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)模擬[1-2].

1 除塵器振打裝置選擇

靜電除塵的振打裝置均為敲打式結(jié)構(gòu),分為頂部式和側(cè)面式.頂部電磁錘振打技術(shù)是由國(guó)外引進(jìn),具有結(jié)構(gòu)尺寸小,可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[3],但是考慮到經(jīng)濟(jì)因素以及其對(duì)安裝技術(shù)的要求,應(yīng)用范圍有限.側(cè)部撓臂錘振打是一種比較傳統(tǒng)的振打技術(shù),在國(guó)內(nèi)使用時(shí)間較長(zhǎng),具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用范圍.

本設(shè)計(jì)選擇側(cè)部撓臂錘振打?yàn)樵O(shè)計(jì)方案.針對(duì)以往側(cè)部撓臂振打裝置設(shè)計(jì)參數(shù)選取不當(dāng),致使振打力過(guò)大或過(guò)小、振打軸支持不夠發(fā)生斷裂與振打軸承連接處過(guò)早磨損等問(wèn)題,在振打錘的設(shè)置、振打力傳遞等方面進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì).

側(cè)部撓臂錘振打過(guò)程是傳動(dòng)裝置旋轉(zhuǎn)提升撓臂錘使錘達(dá)到最高勢(shì)能位置時(shí),回轉(zhuǎn)下落振打整組捕塵極板排下面振打桿端部的砧板,通過(guò)撞擊使板面上各處獲得振打加速度,激發(fā)極板表面震動(dòng),實(shí)現(xiàn)振打清灰的功能[4]．

側(cè)部撓臂錘振打通常由振打錘、振打錘臂、振打軸、振打軸承及連接螺栓組成,如圖1所示.振打錘臂由兩個(gè)半錘臂通過(guò)螺栓連接做成,用來(lái)實(shí)現(xiàn)振打軸與振打錘的固定連接,振打錘由夾板和錘頭通過(guò)銷(xiāo)相連接.振打錘臂與振打錘通過(guò)銷(xiāo)連接以使振打錘能夠繞銷(xiāo)自由擺動(dòng)．

從一個(gè)電場(chǎng)所需振打錘都裝在一根軸上考慮,為避免振打錘同時(shí)振打引起的二次揚(yáng)塵,安裝時(shí)將振打錘相互錯(cuò)開(kāi)一個(gè)角度,錯(cuò)開(kāi)的角度合適需要通過(guò)計(jì)算,并要在實(shí)際工作中反復(fù)驗(yàn)證以得到最佳角度.預(yù)設(shè)電除塵器中有13塊極板,振打軸上需要安裝13個(gè)振打錘,現(xiàn)設(shè)計(jì)振打錘錯(cuò)開(kāi)的角度為30°[5],見(jiàn)圖2.

圖1 側(cè)部撓臂錘振打裝置

圖2 錘頭徑向布置圖

為實(shí)現(xiàn)振打強(qiáng)度大、振打力比較均勻和性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn),振打軸設(shè)計(jì)應(yīng)考慮安裝加工方便.振打軸由三根軸通過(guò)聯(lián)軸套連接而成,由振打軸承支撐,設(shè)計(jì)振打軸承為滑動(dòng)軸承,以便于軸的安裝.將軸承數(shù)目設(shè)計(jì)為4個(gè),這樣的設(shè)計(jì)可以保證振打軸有效的支撐,避免了因支撐不夠和受力不均導(dǎo)致的軸的偏心甚至軸的斷裂,以及由此造成的軸承過(guò)早磨損.置振打軸上振打錘的周向布置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)極板的周期性振打,既可以滿足振打過(guò)程的平穩(wěn)要求,又能達(dá)到理想的清灰效果,如圖3．

圖3 振打裝置裝配

2 振打裝置實(shí)體的設(shè)計(jì)

2.1 零部件設(shè)計(jì)

Solidworks是參數(shù)化特征造型軟件,利用Solidworks的拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、倒角、高級(jí)抽殼、特征陣列、打孔和倒圓等功能,完成零件的實(shí)體模型,并通過(guò)驅(qū)動(dòng)參數(shù)改變特征的大小和位置,并能夠自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)過(guò)程約束檢查.圖4和圖5為采用Solidworks建模完成的錘臂、振打軸承造型效果圖三維模型[6]．

圖4 振打錘臂造型

圖5 振打軸承造型

2.2 裝配體設(shè)計(jì)

完成以上零件的造型設(shè)計(jì)之后,需要將設(shè)計(jì)出來(lái)的零件進(jìn)行裝配.Solidworks提供了的裝配仿真功能,可以動(dòng)態(tài)地查看裝配體的所有運(yùn)動(dòng),并且可以對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)的干涉檢查和間隙檢測(cè)．

裝配時(shí)首先明確裝配要求,制定簡(jiǎn)潔清晰的裝配過(guò)程,針對(duì)裝配體零部件的相應(yīng)特征選擇合適的裝配方式.裝配所需零件有軸一、軸二、軸三、振打軸承共4件、連軸套共2件、振打錘與振打錘臂及連接螺目螺栓各13件,制定以下裝配方案：首先裝配振打錘、振打錘臂和螺栓,見(jiàn)圖6,保存為裝配體文件,同時(shí)另存為零件文件,以便用于總裝使用；其次裝配振打軸和聯(lián)軸套；最后是振打裝置的總裝．

將其中一個(gè)振打軸承設(shè)為固定,其余全部為浮動(dòng).依次對(duì)振打軸和振打錘臂進(jìn)行裝配,局部裝配效果如圖7所示.

圖6 振打部件

圖7 局部振打裝置

2.3 運(yùn)動(dòng)仿真與干涉檢查

通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬性能及裝配維護(hù)等各方面可能存在的問(wèn)題,改進(jìn)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,使得產(chǎn)品可以不依賴(lài)于實(shí)物樣機(jī),在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、試制的過(guò)程．

對(duì)裝配體中零部件的空間位置,按其裝配路徑連續(xù)地進(jìn)行操作,通過(guò)拖動(dòng)鼠標(biāo)進(jìn)行移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)進(jìn)行了裝配體的動(dòng)態(tài)仿真和運(yùn)動(dòng)干涉檢查,并使用SolidworksAnimator動(dòng)畫(huà)插件制作了動(dòng)態(tài)模擬整個(gè)機(jī)器運(yùn)動(dòng)方式,把這些過(guò)程制成視頻格式文件,脫離軟件本身獨(dú)立播放,如圖8所示.結(jié)果表明完全符合設(shè)計(jì)要求[7].

圖8 運(yùn)動(dòng)仿真

3 結(jié)語(yǔ)

除塵器的尺寸設(shè)計(jì)很大程度上依賴(lài)于需方的實(shí)際安裝要求,包括安裝地點(diǎn)的空間位置,環(huán)境條件以及與周邊設(shè)施的關(guān)系,在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下還要考慮到經(jīng)濟(jì)性以及后期維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性.目前傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造多以成功設(shè)計(jì)為參照,按照機(jī)械設(shè)計(jì)等方面設(shè)計(jì)手冊(cè)的標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合設(shè)計(jì)人員豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成.這樣的設(shè)計(jì)基本上能完成一般的設(shè)計(jì)要求,但是很難達(dá)到較高的設(shè)計(jì)精度,如果在前期設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)問(wèn)題而沒(méi)有被發(fā)現(xiàn),就會(huì)造成試制過(guò)程中成本高的代價(jià).利用產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì),虛擬裝配技術(shù),通過(guò)虛擬裝配盡早的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量,在現(xiàn)場(chǎng)安裝之前得到一個(gè)合理的設(shè)計(jì)產(chǎn)品,既能保證所設(shè)計(jì)產(chǎn)品能充分滿足客戶要求,又減少了設(shè)計(jì)成本,提高了面向客戶與市場(chǎng)需求的能力.

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