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带导轨的抗干扰磁环、磁棒链式冷却液过滤器的设计_方成

2021-06-16 11:03:06

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永欣电子是集生产、经营、科研、技术开发及信息服务为一体的科技先导型企业磁环厂家,为高新技术企业,具有多年行业经验。主要生产抗干扰磁芯、磁环、抗干扰磁环、滤波磁芯、铁粉芯、扣式磁环、铁氧体磁环、RH磁环、T型磁环、磁棒、电感磁棒系列和电感系列,非晶磁环系列,滤波磁珠系列500余种规格的产品。

煤 矿 机 械

Coal Mine Machinery

Vol.37No.01

Jan. 2016

第 37 卷第 01 期

2016 年 01 月

使用。

4 试验结果

试验是采用 8 路信号采集电路来进行的。 通过

在实验台上长时间运行测试,理论上至少需要钢丝绳

中 6 根细丝发生断丝后才能发现断丝现象,经过对算

法的优化后发现,只需要 4 根断丝就能及时发现断丝

现象,由此可见该系统具有良好的运行效果。

5 结语

本文研制了一种信号采集基于高精度霍尔传感

器,数据处理基于 DSP 微处理器的钢丝绳缺陷信号

采集系统,提出了一种新型信号采集模型,介绍了系

统信号的采集、存储、处理的整个流程,并对遇到的

一些问题给出了解决办法。 成功实现了对钢丝绳缺

陷信号的提取处理。 经试验调试,该系统运行稳定,

效果良好。

参考文献:

[1]杨叔子,康 宜华. 钢丝绳断丝定 量检测原理与技术 [M]. 北 京 :国

防工业出版社,1995.

[2]张 晓光,白树森. 基于数字信号处理器(DSP)的温度测控系统 [J].

河北北方学院学报(自然科学版),2008(3):56-58.

[3]候国屏,王坤,叶齐鑫. LabVIEW7.1 编程与虚拟仪器设计[M]. 北

京:清华大学出版社,2005.

[4]张翼飞. 基 于 LabVIEW 的矿井提升机监控系统设计 [J]. 煤 矿机

械,2014,35(9):13-15.

作者简介: 田浩元(1993- ),江苏徐州人,中国矿业大学机电学

院在读本科生,电子信箱:954368941@qq.com.

责任编辑:王海英 收稿日期:2015-09-10

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

doi:10.13436/j.mkjx.201601005

0 引言

磁棒过滤器是轧机冷却液过滤系统的重要组成

部分,其适用于冷轧冷却液的全线处理,同时也适用

于各种含铁质粉尘与黏附污垢工业用水的过滤、净

化、磁选等工艺过程。 现有的磁棒过滤设备普遍存

在过滤效率不高,除污效果不理想,刮渣不干净、不

彻底,传动系统故障率高,机构尺寸和安装空间过大

等问题。 根据对现有磁棒过滤器的研究,在结构设

计与除污方式上进行创新,设计出了一种新型带导

轨的磁棒链式过滤器。

1 整机结构及工作原理

(1)整机结构与主要技术参数

整机结构如图 1 所示,主要技术参数:

磁棒长度 L/mm 1 000

磁棒直径 d/mm 25

磁棒水平速度 v/mm·min-1 1~3

磁棒除污装备箱体外形尺寸/mm 1 600×1 450×1 650

链轮中心距 S1/mm 640

套筒刮刀宽度 L0/mm 100

主动链轮链速 n/r·min-1 4.4

(2)装置工作原理

工作时,磁棒链机构按一定速度做回转运动,磁

带导轨的磁棒链式冷却液过滤器的设计*

方 成, 赵 刚, 章 翔

(武汉科技大学 机械自动化学院, 武汉 430081)

摘 要: 针对目前磁棒过滤设备过滤效率低,刮渣不彻底,传动系统故障率高,机构尺寸和安

装空间过大等缺点,设计了一种新型节能的带导轨的磁棒链式冷却液过滤器。 对该过滤器结构及

其工作原理进行了描述,对主要部件的参数进行设计,最后基于 CATIA 对主要部件建模并对过滤

器结构干涉进行了运动学仿真分析。

关键词: 磁棒链式; 导轨; 冷却液; 过滤器; CATIA

中图分类号: TH122 文献标志码: A 文章编号: 1003 - 0794(2016)01 - 0010 - 03

Design of Cooling Liquid Filter of Magnetic Chain with Slide Guide

FANG Cheng, ZHAO Gang, ZHANG Xiang

(College of Machinery and Automation,Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China)

Abstract: Aimed at the decreasing efficiency of filter unit, incompletion of slag scraping, the increasing

of driving system fault and the disadvantage of large size,a new kind of energy -saving VAV guide

magnetic chain filter unit was put forward. The device structure and its working principle were

described in detail firstly. The specific parameters and the main parts were designed. The modeling of

main components and kinematics simulation were carried out based on the CATIA lastly.

Key words: magnetic chain; slide guide; cooling liquid; filter; CATIA

* 湖北省教育厅科学研究计划项目 (Q20121104);冶金装备及其控制

教育部重点实验室开放基金(2013A14)

10第 37 卷第 01 期 带导轨的磁棒链式冷却液过滤器的设计———方 成,等Vol.37No.01

棒在链条的带动下随着链条作同步运动,吸附冷却

液中的金属粉尘,同时经由套在磁棒上的套筒式刮

渣器带动导向机构沿着辊道单元运动,使刮渣器沿磁

棒轴向做往复直线运动,从而完成除污操作;锥齿轮

驱动皮带输送机构,将刮下的金属粉尘和污泥输送

到渣斗中,完成冷却液的过滤。

图 1 过滤器结构

1. 皮带轮轴 2. 渣料输送皮带 3. 导轨 4. 磁棒 5. 链条 6. 皮带轮

轴承 7. 大皮带轮 8. 电机 9. 减速器 10. 传动皮带 11. 小皮带轮

12. 联轴器 13. 链轮 14、15. 锥齿轮 16. 链轮轴 17. 链轮轴承

2 主要工作部件的设计

(1)动力系统

整个机构由一台电机同时为磁棒链机构和渣料

回收机构提供动力。 经减速器将电动机的一部分动

力传递给磁棒链机构按一定速度做回转运动,另外

一部分动力则经由锥齿轮驱动渣料回收机构。 传动

机构的连接关系如图 2 所示。

图 2 传动机构的连接关系示意图

1. 电动机 2. 减速器 3. 小皮带轮 4. 联轴器 5. 链传动 6. 渣料回

收机构 7. 锥齿轮 8. 大皮带轮

(2)磁棒链系统

磁棒链机构由多根相互平行的永磁体磁棒通过

链条连接而成且构成环状结构,其中链条的线速度

方向垂直于磁棒的轴向方向,并在存放冷轧冷却液

箱体的液面以下做周期性运动,吸附冷轧冷却液中

的金属粉尘。 链条链节节距越大,产生的冲击越大,

同时还会增大整个箱体的尺寸。 综合考虑磁棒的安

装尺寸与刮刀尺寸,选用 32A 型号的滚子链。

(3)除污系统

除污系统功能主要是由除污机构来实现,除污

机构由辊道单元、 套筒式刮渣器和导向组件构成。

其中辊道单元构成三维空间闭环结构,其环绕在磁

棒链机构的整个环状外表面而悬挂布置;套筒式刮

渣器对应于每根永磁体磁棒而设置,它们各自沿着磁

棒的长度方向套在上面并可来回做直线移动;导向组

件对应于各个套筒式刮渣器而配套设置,由滚动轴承、

心轴和纵向联接轴组成,其中滚动轴承安装在与磁棒

长度方向相平行心轴的两端,并沿着辊道单元所限定

的导轨滚动,纵向联接轴的下端与套筒式刮渣器固定

相连,其上端贯穿安装于心轴的中部且使得心轴可绕

着纵向联接轴的轴线方向自由旋转。除污机构如图3

所示。

图 3 除污机构

1. 透明上盖 2. 凸缘机构 3. 导轨 4. 套筒刮渣器 5. 磁棒 6. 纵向

联接轴 7. 挡圈 8. 心轴 9. 挡环 10. 滚动轴承

(4)主要零部件的设计

①导轨的结构设计

为便于导轨的加工与安装, 将导轨分为 8 段,

AB 段与 CD 段轨迹线是相同的,BC、DE、FG、HA 段

轨迹为 1/4 圆弧,EF、GH 段轨迹为直线。 只要求出

AB 段与 BC 段轨迹,由于尺寸约束,其他各段也可

以相应得出。 导轨三维模型如图 4 所示。

图 4 导轨三维模型

为保证刮刀对导轨的冲击最小,刮刀的纵向运动

为匀加速运动,横向运动为匀速,因此设计出导轨轨

迹为抛物线。

由于链轮中心距与磁棒长度之比为 0.64, 即在

刮刀水平运动距离小于纵向运动距离。 刮刀在刮渣

过程中,纵向运动平均速度必须大于水平运动速度,

考虑到速度的连续性, 本机选用的刮刀在纵向的轨

迹为先匀加速,再匀减速完成刮渣,减小刮刀在刮渣

完成末端对磁棒端面和轴承对轨道的冲击。 根据传

动部分计算得到 AB 段运动参数:

链轮齿数 z1/个 11

链轮直径 d1/mm 177.47

磁链节距 p/mm 50.8

主动链轮转速 n1/r·min-14.41

实际功率 Pca/kW 1.237

磁棒匀速运动速度 v1/mm·s-141.07

刮刀走完 AB 段轨迹所需时间 t/s 15.58

1314151617

1 2 3 4 5 6 7 8

9101112

12345

678

1

2

3

4

65

7

8

9

10

A

DCB

H

F

G

E

11为使刮刀运行平稳,在刮渣前后能保持运动的连

贯性,避免引起冲击,使刮渣前后一小段导轨为水平

直线导轨,此段距离并没有特别的限制,为方便后续

计算,设计长度 S0=82.14 mm。 所以,用于这 2 段的

运行时间为 t0,刮刀刮渣实际水平路程为 S,刮刀实

际刮渣时间为 tθ,匀速阶段刮渣时间为 t

θ1,a 为加速度,

刮刀在匀加速末端的速度为 vθ

1,运动公式为

t0=t

01+t

02

tθ=t-t

0

1=1

2

S=S1-2S

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

1=at

θ1

1

2

atθ

1

2

=1

2

(L-L0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2)

由式(1)和式(2)得出 a=26.85 mm/s2,vθ

1=155.46

mm/s, 刮刀的水平位移和纵向位移分别为 Sx、S

y,运

动公式为

Sx=v

t(0 s≤t≤1 s)

Sy=0 (1 s≤t≤2 s)

Sy=1

2

a(t-2)2(2 s≤t≤7.79 s)

Sy=450+v

θ1(t-2-5.79)-1

2

a(t-7.79)2(7.79 s≤t≤13.58 s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3)

根据式(3)可得到不同时刻刮刀的位移,刮刀不

同时刻位移如表 3 所示。

表 3 刮刀时刻位移

辊道单元的上部设置有安装孔,并通过可拆卸

的透明上盖对该安装孔予以闭合;以此方式,可通过

透明上盖来观察辊道单元中导向组件的运行状态,

并通过开启上盖来执行对套筒刮渣器和导向组件

(6、7、8、9、10)在辊道单元(1、2、3)中的安装和维修。

②刮刀的结构设计

根据磁棒的尺寸,磁棒之间的间隔设计刮刀的尺

寸,由于刮刀的套筒部分与刮刀和轴连接的部分直径

相差较大,因此将刮刀设计成阶梯状结构,有利于导

轨与轴的定位与安装。 刮刀三维模型如图 5 所示。

3 CATIA 结构建模及运动仿真

(1)基于 CATIA 的过滤器建模

带导轨的磁棒链式冷却液过滤器是由一系列的

零部件通过焊接或螺栓联接而成,在建模时可根据装

置的结构特点进行简化。 本文首先在 CATIA 中绘制

出过滤装置的各个部件的三维图,最后将画好的各部

件用 CATIA 进行虚拟装配。 这样不仅可以对装置的

装配过程进行检验,而且可以为实际中的安装和拆卸

提供指导。 过滤器的三维模型如图 6 所示。

图 5 刮刀三维模型 图 6 CATIA 三维模型

(2)磁棒链式过滤器的运动学仿真

装置的运动仿真分析能较好地检验其工作性能

是否符合实际要求,首先给三维模型输出轴添加一个

电动机,定义过滤装置磁棒链机构和除污机构运动的

方向、类型、运动参数等,然后对其进行分析定义,定

义机构的开始和结束时间,并定装置的运动环境,最

后对过滤装置进行运动仿真。

在导轨磁棒链式过滤器的运动学仿真中, 通过

运动分析进行干涉实验,整个装置运转正常,无死点

出现,刮渣运动不存在干涉,装置的工作性能基本达

到要求,仿真结果符合实际。

4 结语

本文所设计的带导轨的磁棒链式过滤器能很好

解决传统磁棒过滤器设备过滤效率低,刮渣不彻底,

传动系统故障率高,机构尺寸过大等问题。同时过滤

器采用单一电机供能,具有较好的节能效果,提高过

滤设备的初级除渣能力, 有利于提高我国在除渣设

备领域的竞争力,拥有广阔的市场前景。

参考文献:

[1]刘兴祥,周光升,周玉军,等. 磁性过滤机在冷轧轧机乳化液系统

中的应用和改进[J]. 宝钢技术,2010(1):23-26.

[2]刘兴广,苏霞. 基于 CATIA 软件的方程曲线设计研究[J]. 计算机

光盘软件与应用,2012(6):64-65.

[3]潘光武. HC 轧机乳化液磁棒过滤器刮污机构改造 [J]. 中 国设备

工程,2003(10):17-18.

[4]任玉树,郭文新,孙慧臣,等. 煤矿井下乳化液过滤系统的创新设

计[J]. 煤矿机械,2013,34(1):158-160.

[5]徐双用. 新型过滤器的研究[J]. 煤矿机械,2011,32(1):155-156.

作者简介:方成(1989- ),湖北随州人,硕士研究生,主要研究方

向:冶金机械的设计与仿真分析,电子信箱:253165656@qq.com.

责任编辑:王海英 收稿日期:2015-11-12

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13

13.58

14

15

15.58

位移 Sx/mm

41.07

82.14

123.21

164.28

205.35

246.42

287.49

320.00

328.56

369.63

410.70

451.77

492.84

533.91

557.73

574.98

616.05

640.00

位移 Sy/mm

0

0

13.425

53.700

120.825

214.800

335.625

450.000

482.050

621.860

727.990

810.690

866.540

895.530

900.000

900.000

900.000

900.000

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作者: 永欣电子
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Copyright (©) 2021 南浔双林永欣电子元件厂   备案号:浙ICP备2021013425号

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