基于Solidworks的电除尘器振打装置的设计及虚拟装配

丛晓霞,王玉萍,张建强

（河南科技学院,河南新乡 453003）

电除尘器广泛用于燃煤电厂、水泥、化工等行业的烟尘净化、回收,在控制大气污染方面发挥了十分巨大的作用.电除尘器的重要组成部分是振打装置,在振打装置设计过程中,应用虚拟产品设计技术,可以大大缩短产品的开发周期,迅速地对市场做出反映,并降低产品成本,提高企业竞争力.

虚拟产品设计技术是指在产品开发设计过程中,将分散的零部件设计和分析技术糅合一起,在计算机上建造出产品的整体模型,并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析,预测产品的整体性能,进而改进产品设计、提高产品性能的一种新技术．

本设计在某公司所设计制造的电除尘器的经验数据基础上,结合其他除尘器的优点进行优化,确定阳极振打装置的基本尺寸,采用虚拟产品设计技术对电除尘侧面式振打装置进行了设计,并对侧部挠臂锤振打装置的各个组成部分进行实体造型设计与虚拟装配,采用SolidworksAnimator进行了运动模拟[1-2].

1 除尘器振打装置选择

静电除尘的振打装置均为敲打式结构,分为顶部式和侧面式.顶部电磁锤振打技术是由国外引进,具有结构尺寸小,可靠性高等优点[3],但是考虑到经济因素以及其对安装技术的要求,应用范围有限.侧部挠臂锤振打是一种比较传统的振打技术,在国内使用时间较长,具有相当广阔的应用范围.

本设计选择侧部挠臂锤振打为设计方案.针对以往侧部挠臂振打装置设计参数选取不当,致使振打力过大或过小、振打轴支持不够发生断裂与振打轴承连接处过早磨损等问题,在振打锤的设置、振打力传递等方面进行改进设计.

侧部挠臂锤振打过程是传动装置旋转提升挠臂锤使锤达到最高势能位置时,回转下落振打整组捕尘极板排下面振打杆端部的砧板,通过撞击使板面上各处获得振打加速度,激发极板表面震动,实现振打清灰的功能[4]．

侧部挠臂锤振打通常由振打锤、振打锤臂、振打轴、振打轴承及连接螺栓组成,如图1所示.振打锤臂由两个半锤臂通过螺栓连接做成,用来实现振打轴与振打锤的固定连接,振打锤由夹板和锤头通过销相连接.振打锤臂与振打锤通过销连接以使振打锤能够绕销自由摆动．

从一个电场所需振打锤都装在一根轴上考虑,为避免振打锤同时振打引起的二次扬尘,安装时将振打锤相互错开一个角度,错开的角度合适需要通过计算,并要在实际工作中反复验证以得到最佳角度.预设电除尘器中有13块极板,振打轴上需要安装13个振打锤,现设计振打锤错开的角度为30°[5],见图2.

图1 侧部挠臂锤振打装置

图2 锤头径向布置图

为实现振打强度大、振打力比较均匀和性价比高等特点,振打轴设计应考虑安装加工方便.振打轴由三根轴通过联轴套连接而成,由振打轴承支撑,设计振打轴承为滑动轴承,以便于轴的安装.将轴承数目设计为4个,这样的设计可以保证振打轴有效的支撑,避免了因支撑不够和受力不均导致的轴的偏心甚至轴的断裂,以及由此造成的轴承过早磨损.置振打轴上振打锤的周向布置可以实现对极板的周期性振打,既可以满足振打过程的平稳要求,又能达到理想的清灰效果,如图3．

图3 振打装置装配

2 振打装置实体的设计

2.1 零部件设计

Solidworks是参数化特征造型软件,利用Solidworks的拉伸、旋转、薄壁特征、倒角、高级抽壳、特征阵列、打孔和倒圆等功能,完成零件的实体模型,并通过驱动参数改变特征的大小和位置,并能够自动进行动态过程约束检查.图4和图5为采用Solidworks建模完成的锤臂、振打轴承造型效果图三维模型[6]．

图4 振打锤臂造型

图5 振打轴承造型

2.2 装配体设计

完成以上零件的造型设计之后,需要将设计出来的零件进行装配.Solidworks提供了的装配仿真功能,可以动态地查看装配体的所有运动,并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测．

装配时首先明确装配要求,制定简洁清晰的装配过程,针对装配体零部件的相应特征选择合适的装配方式.装配所需零件有轴一、轴二、轴三、振打轴承共4件、连轴套共2件、振打锤与振打锤臂及连接螺目螺栓各13件,制定以下装配方案：首先装配振打锤、振打锤臂和螺栓,见图6,保存为装配体文件,同时另存为零件文件,以便用于总装使用；其次装配振打轴和联轴套；最后是振打装置的总装．

将其中一个振打轴承设为固定,其余全部为浮动.依次对振打轴和振打锤臂进行装配,局部装配效果如图7所示.

图6 振打部件

图7 局部振打装置

2.3 运动仿真与干涉检查

通过计算机模拟性能及装配维护等各方面可能存在的问题,改进传统的设计方法,使得产品可以不依赖于实物样机,在计算机上实现产品设计、试制的过程．

对装配体中零部件的空间位置,按其装配路径连续地进行操作,通过拖动鼠标进行移动或者旋转进行了装配体的动态仿真和运动干涉检查,并使用SolidworksAnimator动画插件制作了动态模拟整个机器运动方式,把这些过程制成视频格式文件,脱离软件本身独立播放,如图8所示.结果表明完全符合设计要求[7].

图8 运动仿真

3 结语

除尘器的尺寸设计很大程度上依赖于需方的实际安装要求,包括安装地点的空间位置,环境条件以及与周边设施的关系,在满足设计要求的前提下还要考虑到经济性以及后期维护的经济性.目前传统的产品制造多以成功设计为参照,按照机械设计等方面设计手册的标准并结合设计人员丰富的设计经验来完成.这样的设计基本上能完成一般的设计要求,但是很难达到较高的设计精度,如果在前期设计阶段出现问题而没有被发现,就会造成试制过程中成本高的代价.利用产品虚拟设计,虚拟装配技术,通过虚拟装配尽早的发现问题,改进产品设计质量,在现场安装之前得到一个合理的设计产品,既能保证所设计产品能充分满足客户要求,又减少了设计成本,提高了面向客户与市场需求的能力.

[1]蓝荣香,高翔,刘文,等.SolidWorks零件设计技术与实践[M].北京：电子工业出版社,2007.

[2]沈琛林,陈定方.基于SolidWorks的减速器设计及虚拟装配[J].湖北工业大学学报,2007,22（4）：56-58.

[3]唐晓飞.电除尘器顶部电磁振打方式应用分析[J].电力科学与工程,2008,24（5）：64-65.

[4]薛永元,于英虎.电除尘器振打装置及其最佳运行[J].河北理工学院学报,2004,24（2）：25-31.

[5]王晓芳,邵守杰.电除尘器的标准化设计[J].焦作工学院学报.2003,22（5）：387-388.

[6]胡小强.虚拟现实技术[M].北京：北京邮电大学出版社,2005.

[7]谢叻,肖波,吴巧教,等.虚拟装配技术及应用[J].模具技术,2006（1）：60-63.