本發(fā)明涉及一種聯(lián)合收獲機振動篩與回程板慣性力平衡裝置及平衡方法。

背景技術：

振動篩與回程板是聯(lián)合收獲機的重要清選工作部件，由于往復運動產(chǎn)生的慣性力，存在著對機架沖擊大，噪聲大等問題；尤其隨著我國聯(lián)合收獲機越來越向大型化方向發(fā)展，消除慣性力的不良影響也越來越引起重視。傳統(tǒng)的慣性力平衡配重多采用經(jīng)驗設計方法，不夠準確，且往往忽略了回程板與振動篩的往復運動會對慣性力起到抵消作用，沒有從二者整體考慮慣性力的平衡。

中國專利cn204458789u公開了一種慣性力平衡優(yōu)化的角度式往復活塞壓縮機，該專利提出了一種慣性力平衡優(yōu)化新方法，使壓縮機的旋轉慣性力和往復慣性力都得到較好的平衡；該專利將配重安裝在主軸承側，此種安裝位置受空間限制較大。專利cn104847859a提出的一種可調行程且自動平衡慣性力的曲柄滑塊機構；該實用新型通過曲柄擴大的曲柄滑塊結構搭配花鍵配合，實現(xiàn)了滑塊可變的微幅往復行程，利用花鍵組合的幾何形狀和質量分布的合理設計，使得機構在任意調節(jié)往復行程時都能實現(xiàn)慣性力的部分平衡；該專利適用于微小往復行程的機械傳動，運用范圍相對較小。

針對回程板驅動軸逆時針轉動，振動篩驅動軸順時針轉動造成的二者運動過程中的慣性力抵消的作用，將振動篩和回程板的慣性力按水平移動慣性力和旋轉慣性力分別按水平和豎直分解，在水平和豎直方向二者的慣性力都會抵消，其總慣性力也會減小。

技術實現(xiàn)要素：

針對聯(lián)合收獲機在收獲過程中，因回程板和振動篩產(chǎn)生的慣性力造成的連接處易破壞，噪聲和振動較大等問題，本發(fā)明從慣性力總體平衡角度出發(fā)，利用回程板與振動篩相互運動關系造成的慣性力抵消情況，在理論上分析了慣性力減小的程度，提出了一種針對具有相向運動機構的慣性力總體平衡方法及配重設計的方法。

本發(fā)明是通過以下技術手段實現(xiàn)上述技術目的的：聯(lián)合收獲機回程板與振動篩慣性力平衡裝置，包括回程板和振動篩，所述回程板包括回程板面，所述回程板面的一端安裝有回程板滾輪，另外一端安裝有回程板偏心搖動軸，所述回程板偏心搖動軸的兩端安裝有回程板配重組件；所述振動篩包括篩體，所述篩體的一端安裝有振動篩滾輪，另外一端安裝有振動篩偏心搖動軸，所述振動篩與所述回程板通過鏈條連接，所述振動篩與所述回程板上的鏈條的包繞方向相反。

上述方案中，所述回程板配重組件包括回程板鏈輪和回程板配重片，所述回程板鏈輪位于所述回程板偏心搖動軸的兩端，所述回程板鏈輪和所述回程板配重片上都開有第一安裝孔，所述回程板配重片通過螺栓固定連接在所述回程板鏈輪上。

上述方案中，所述振動篩配重組件包括振動篩鏈輪和振動篩配重片，所述振動篩鏈輪位于所述振動篩偏心搖動軸的兩端，所述振動篩鏈輪和所述振動篩配重片上都開有第二安裝孔，所述振動篩配重片通過螺栓固定連接在所述振動篩鏈輪上。

上述方案中，所述回程板配重片材質為鑄鐵。

上述方案中，所述振動篩配重片的材質為鑄鐵。

本發(fā)明提供的利用聯(lián)合收獲機回程板與振動篩慣性力平衡裝置實現(xiàn)慣性力平衡的方法，包括如下步驟：

s1：將回程板和振動篩均簡化為曲柄滑塊機構，其中回程板滾輪簡化為滑塊、回程板面簡化為連桿、回程板偏心搖動軸簡化為曲柄、回程板配重組件簡化為配重塊；振動篩滾輪簡化為滑塊、篩體簡化為連桿、振動篩偏心搖動軸簡化為曲柄、振動篩配重組件簡化為配重塊；

按經(jīng)典的曲柄滑塊機構慣性力動力學分析：曲柄滑塊機構慣性力有：b處集中質量mb處轉動慣性力fb和c處集中質量mc處移動慣性力fc

式中r為曲柄長度，為曲柄旋轉角速度，θ為曲柄的轉角；

對于上述慣性力通過對回程板曲柄反向適當距離加一定配重進行慣性力的部分平衡；回轉慣性力fb可通過距離回轉點r'的d處加質量md1進行平衡：

即：md1＝r/r'mb

同樣的對于mc在水平方向產(chǎn)生的移動慣性力，再增加一個平衡質量md2進行慣性力平衡；由以上可知，對于曲柄滑塊機構慣性力平衡的總配重md由兩部分組成md1和md2；即：

md＝md1+kmd2＝r/r′(mb+kmc)

注：將配重md2質量前加一定系數(shù)k，使之既能平衡滑塊的水平方向慣性力，又不至于使豎直方向慣性力過大，一般k取1/3-1/2；

s2：步驟s1中將曲柄滑塊的各部分質量集中代換在b，c處然后用加平衡質量塊進行慣性力平衡；同樣的，在進行總體平衡考慮時，將回程板和振動篩質量各自集中代換與b，c和b′，c′處，則各自集中質量塊mc和mc′在c處與c′產(chǎn)生的慣性力：

其中：cosθ1＝cos(-ωt+α)

cosθ2＝cos(ωt+β)

α與β為回程板曲柄初始角和振動篩初始角；ω為曲柄旋轉角速度；以振動篩旋轉角速度為正，fc為回程板的水平慣性力，fc′為振動篩水平慣性力；

由上面公式知：當驅動旋向相反，在運動過程中，會有慣性力因運動而抵消的情況，以下討論慣性力在的抵消程度，進而為選取更合適的平衡質量做理論分析；將回程板與振動篩水平慣性力相加，則任意時刻水平方向的總慣性力為fcc′：

將一個周期的平均慣性力大小與不考慮抵消時一個周期的平均慣性力大小進行比較；

其中：t為振動篩或回程板的旋轉周期，η1比例系數(shù)；

同樣的，在對旋轉部分的慣性力也可用相似的方法進行慣性力抵消；對于回程板mb和振動篩mb′產(chǎn)生的回轉慣性力分別將慣性力按x方向和y方向分解：

水平方向：

豎直方向：

任意時刻水平方向的合力與豎直方向的合力：

則任意時刻的合力：

則在任意一周期內經(jīng)總體平衡后的慣性力均值與不考慮抵消的慣性力均值進行比較η2；

s3：整體慣性力平衡，可使整體慣性力減小，相應的主要部分配重也減??；在回程板與振動篩組合中，振動篩質量較大，回程板起到抵消與平衡振動篩的作用；減小的具體質量和比例系數(shù)η1和η2有關，故振動篩最佳配重質量md′；

則相應的振動篩水平平衡質量：

則相應的振動篩旋轉平衡質量：

所以振動篩的最佳配重質量為：

本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明在傳統(tǒng)曲柄滑塊機構慣性力動力學分析的基礎上，對具有對向運動的回程板與振動篩分別就水平與豎直方向力進行力分析，得出總慣性力減小的程度，為回程板與振動篩的配重選取提供支持；從理論上解決了之前設計將兩部分慣性力單獨計算，配重單獨設計的不足之處，同時此種理論方法得出的配重質量更輕，總體慣性力平衡更好，達到減小機器因慣性力破壞的可能性，減振降噪的目的。(2)設計的配重可調組件，即鏈輪和配重輪上開有安裝孔，用于安裝片狀配重片，解決了以往設計中配重為一整塊鑄鐵不易調換安裝不便等問題，配重可調組件可根據(jù)實際情況，簡單快速的拆換，使慣性力平衡最佳。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的回程板與振動篩主視圖。

圖2是本發(fā)明的回程板整體視圖。

圖3是本發(fā)明的振動篩整體視圖。

圖4是本發(fā)明的回程板配重組件整體視圖。

圖5是本發(fā)明的振動篩配重組件局部視圖。

圖6是本發(fā)明的回程板與振動篩結構簡圖。

圖7是本發(fā)明的曲柄滑塊機構動力學模型圖。

圖8是本發(fā)明的回轉慣性力分解示意圖。

圖中，1-回程板、2-振動篩、3-鏈條；101-回程板滾輪、102-回程板面、103-回程板偏心搖動軸、104-回程板配重組件、201-振動篩滾輪、202-篩體、201-振動篩偏心搖動軸、204-1振動篩配重組件；104-1-回程板鏈輪、104-2-回程板配重片、104-3-安裝孔；204-1-振動篩鏈輪、204-2-振動篩配重片、204-3-配重安裝孔。

具體實施方式

下面結合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

本發(fā)明所述的回程板與振動篩總體慣性力平衡裝置，其結構如圖1、圖2、圖3所示，包括：回程板滾輪101、回程板面102、回程板偏心搖動軸103、回程板配重組件104；振動篩2包括振動篩滾輪201、篩體202、振動篩偏心搖動軸203、振動篩配重組件204振動篩2與回程板1通過鏈條3連接，進行動力傳輸，振動篩2與回程板1被鏈條3反向包繞，故二者驅動方向相反。

如圖4所示，所述回程板配重組件104包括回程板鏈輪104-1、回程板配重片104-2，回程板配重片104-2材質為鑄鐵；回程板鏈輪104-1和回程板配重片104-2上都開有安裝孔104-3，通過螺栓把把一定數(shù)量的回程板配重片104-2安裝在和回程板鏈輪104的外側面上；

如圖5所示，所述振動篩配重組件204包括振動篩鏈輪204-1、振動篩配重片204-2，振動篩配重片204-2材質為鑄鐵；振動篩鏈輪204-1和振動篩配重片204-2上都開有配重安裝孔204-3，通過螺栓把把若干數(shù)量的振動篩配重片204-2安裝在和振動篩鏈輪204的外側面上。

如圖6所示，回程板1和振動篩2都可以簡化為曲柄滑塊機構，其中回程板滾輪101簡化為滑塊、回程板面102簡化為連桿、回程板偏心搖動軸103簡化為曲柄、回程板配重組件104簡化為配重塊；振動篩滾輪201簡化為滑塊、篩體202簡化為連桿、振動篩偏心搖動軸203簡化為曲柄、振動篩配重組件204配重塊；

s1：按經(jīng)典的曲柄滑塊機構慣性力動力學分析：曲柄滑塊機構慣性力有：b處集中質量mb處轉動慣性力fb和c處集中質量mc處移動慣性力fc

式中r為曲柄長度，為曲柄旋轉角速度，θ為曲柄的轉角。

對于上述慣性力一般通過對回程板曲柄反向適當距離加一定配重進行慣性力的部分平衡；回轉慣性力fb可通過距離回轉點r'的d處加質量md1進行平衡：

即：md1＝r/r'mb

同樣的對于mc在水平方向產(chǎn)生的移動慣性力，可再增加一個平衡質量md2進行慣性力平衡。由以上可知，對于曲柄滑塊機構慣性力平衡的總配重md由兩部分組成md1和md2；即：

md＝md1+kmd2＝r/r′(mb+kmc)

注：將配重md2質量前加一定系數(shù)k，使之既能平衡滑塊的水平方向慣性力，又不至于使豎直方向慣性力過大，一般k取1/3-1/2。

s2：步驟s1中將曲柄滑塊的各部分質量集中代換在b，c處然后用加平衡質量塊進行慣性力平衡；同樣的，在進行總體平衡考慮時，將回程板和振動篩質量各自集中代換與b，c和b′，c′處，則各自集中質量塊mc和mc′在c處與c′產(chǎn)生的慣性力：

其中：cosθ1＝cos(-ωt+α)

cosθ2＝cos(ωt+β)

α與β為回程板曲柄初始角和振動篩初始角；ω為曲柄旋轉角速度；以振動篩旋轉角速度為正，fc為回程板的水平慣性力，fc′為振動篩水平慣性力。

由上面公式知：當驅動旋向相反，在運動過程中，會有慣性力因運動而抵消的情況，以下討論慣性力在的抵消程度，進而為選取更合適的平衡質量做理論分析；將回程板與振動篩水平慣性力相加，則任意時刻水平方向的總慣性力為fcc′：

將一個周期的平均慣性力大小與不考慮抵消時一個周期的平均慣性力大小進行比較；

其中：t為振動篩或回程板的旋轉周期，η1比例系數(shù)。

同樣的，在對旋轉部分的慣性力也可用相似的方法進行慣性力抵消；對于回程板mb和振動篩mb′產(chǎn)生的回轉慣性力分別將慣性力按x方向和y方向分解：

水平方向：

豎直方向：

任意時刻水平方向的合力與豎直方向的合力：

則任意時刻的合力：

則在任意一周期內經(jīng)總體平衡后的慣性力均值與不考慮抵消的慣性力均值進行比較η2；

s2：整體慣性力平衡，可使整體慣性力減小，相應的主要部分配重也減小；在回程板與振動篩組合中，振動篩質量較大，回程板起到抵消與平衡振動篩的作用；減小的具體質量和比例系數(shù)η1和η2有關，故振動篩最佳配重質量md′；

則相應的振動篩水平平衡質量：

則相應的振動篩旋轉平衡質量：

所以振動篩的最佳配重質量為：

利用上述方法，不僅可以使整體慣性力平衡的更好，而且可以減小整體的配重質量，減少不必要的能耗。