對(duì)慣性式振動(dòng)輸送系統(tǒng)停機(jī)搖晃及跳離的改進(jìn)

史煥義（天津市河北區(qū)日光里，天津　300142）

對(duì)慣性式振動(dòng)輸送系統(tǒng)停機(jī)搖晃及跳離的改進(jìn)

史煥義
（天津市河北區(qū)日光里，天津300142）

針對(duì)慣性式振動(dòng)輸送系統(tǒng)存在的停機(jī)搖晃、跳離現(xiàn)象，用改進(jìn)后的兩端錨固的圓柱螺旋彈簧支承慣性式振動(dòng)輸送系統(tǒng)，消除了停機(jī)跳離現(xiàn)象。導(dǎo)向鋼板彈簧防止了停機(jī)不規(guī)則搖晃，激振力通過質(zhì)體重心和去掉振動(dòng)電機(jī)多余配電，改善系統(tǒng)的受力狀態(tài)。

搖晃；跳離；錨固；導(dǎo)向

1　鑄造用完成振動(dòng)輸送功能的振動(dòng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

現(xiàn)在，在鑄造行業(yè)中，振動(dòng)輸送功能由與水平成α角，一定振幅的線性振動(dòng)完成。常見的結(jié)構(gòu)有三種：?jiǎn)钨|(zhì)體慣性式振動(dòng)輸送系統(tǒng)、單質(zhì)體彈性連桿振動(dòng)輸送機(jī)和雙質(zhì)體彈性連桿輸送機(jī)。

1.1單質(zhì)體慣性式振動(dòng)輸送系統(tǒng)及應(yīng)用

該系統(tǒng)采用兩個(gè)振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用6級(jí)電機(jī)，振動(dòng)頻率為960次/min；采用過共振模式，頻率比λ=3～5；振幅一般不大于3.5 mm，振幅可調(diào)；停機(jī)有搖晃、跳離現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；可承受較大落料沖擊；槽體受力大，槽體剛體要求高，長(zhǎng)度一般不大于6 m.利用該系統(tǒng)的振動(dòng)設(shè)備有：振動(dòng)輸送落砂機(jī)（澆注、冷卻后砂型用）、長(zhǎng)度在6 m之內(nèi)的振動(dòng)輸送機(jī)、S45系列篩砂機(jī)和振動(dòng)沸騰砂冷卻機(jī)。

1.2單質(zhì)體彈性連桿振動(dòng)輸送機(jī)

該機(jī)采用共振模式；振動(dòng)頻率為：400次/min～600次/min；振幅不大于15 mm；振幅不可調(diào)；停機(jī)平穩(wěn)；動(dòng)力消耗??；槽體受力小，剛度要求低；適于6 m ～30 m長(zhǎng)距離輸送；采用鋼板彈簧導(dǎo)向；不能承受較大的落料沖擊，適宜重量較小的澆注、冷卻后砂型的輸送。

1.3雙質(zhì)體彈性連桿振動(dòng)輸送機(jī)

該機(jī)輸送落料沖擊較大的砂型。導(dǎo)向搖臂即要有足夠的承受落料沖擊的強(qiáng)度，兩端又要設(shè)置橡膠緩沖墊。槽體要承受落料沖擊。為了吸收落料沖擊，底架要有足夠的重量，約為槽體重量的2.5倍，所以整體重量大。底架與基礎(chǔ)之間的支承彈簧組成慣性式振動(dòng)系統(tǒng)；由于來自彈性連桿振動(dòng)系統(tǒng)的激振力小，工作振幅??；停機(jī)過程中振幅有放大，尚可接受。

在以上三種振動(dòng)輸送機(jī)中，單質(zhì)體慣性式振動(dòng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多。

2　支承慣性式振動(dòng)系統(tǒng)的彈簧及停機(jī)狀態(tài)

單質(zhì)體慣性式振動(dòng)系統(tǒng)采用兩端無錨固的標(biāo)準(zhǔn)的圓柱螺旋彈簧支承振動(dòng)質(zhì)體時(shí)，在停機(jī)過程中，會(huì)在共振頻率時(shí)發(fā)生振幅放大；更低頻率時(shí)發(fā)生質(zhì)體幅度較大的不規(guī)則搖晃和跳離。S45系列篩砂機(jī)表現(xiàn)尤為突出。為了改善停機(jī)時(shí)振幅放大、搖晃和跳離現(xiàn)象，出現(xiàn)了橡膠彈簧和橡膠包圓鋼的復(fù)合彈簧。由于橡膠的變形阻尼比鋼大，在振動(dòng)系統(tǒng)停機(jī)過程中，橡膠彈簧和復(fù)合彈簧支承的質(zhì)體的振幅放大系數(shù)較鋼彈簧??；搖晃、跳離幅度也有所減小，但仍然存在；停機(jī)過程也有所縮短。這兩種彈簧價(jià)格較鋼彈簧高。

3　單質(zhì)體慣性式振動(dòng)系統(tǒng)停機(jī)過程中，振幅放大、搖晃和跳離原因分析

3.1通過共振頻率時(shí)，振幅放大

單質(zhì)體慣性式振動(dòng)輸送系統(tǒng)均采用過共振模式，在停機(jī)過程中，減速并通過線性振動(dòng)的共振頻率時(shí)，振幅放大。當(dāng)放大的振幅大于支承彈簧在質(zhì)體重量作用下的靜變形時(shí)，若彈簧與質(zhì)體之間無錨固，就會(huì)發(fā)生質(zhì)體與彈簧端面的分離——跳離現(xiàn)象。

3.2激振力偏離質(zhì)體重心

單質(zhì)體慣性式振動(dòng)輸送系統(tǒng)需要的是線性振動(dòng)，所以希望激振力通過質(zhì)體重心。但是由于結(jié)構(gòu)上的原因，經(jīng)常出現(xiàn)不能保證激振力通過質(zhì)體重心的現(xiàn)象。如果激振力偏離了質(zhì)體重心，除了會(huì)激發(fā)質(zhì)體的線性振動(dòng)外，還會(huì)激發(fā)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。在系統(tǒng)起動(dòng)、工作狀態(tài)時(shí)，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的影響并不明顯；但在停機(jī)過程中，通過扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的共振頻率時(shí)，出現(xiàn)放大的扭轉(zhuǎn)振幅；質(zhì)體表現(xiàn)為前、后搖晃。

3.3停機(jī)至低轉(zhuǎn)速，兩電機(jī)追逐自平衡作用消失

停機(jī)斷電后，振動(dòng)電機(jī)由于配重的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；在機(jī)械摩擦阻力和系統(tǒng)阻尼的作用下，逐漸減速；質(zhì)體振動(dòng)表現(xiàn)出頻率逐漸降低，振幅逐漸加大。通過共振頻率后，電機(jī)轉(zhuǎn)速至很低時(shí)，兩個(gè)振動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)出現(xiàn)ω1≠-ω2，兩電機(jī)追逐自平衡作用消失；質(zhì)體表現(xiàn)出較大幅度的不規(guī)則搖晃；幅度可達(dá)60 mm，甚至更大，嚴(yán)重跳離。比共振點(diǎn)時(shí)的振幅更大，更不平穩(wěn)。

4　對(duì)單質(zhì)體慣性式振動(dòng)輸送系統(tǒng)停機(jī)搖晃、跳離的改進(jìn)

4.1激振力盡可能通過質(zhì)體重心

單質(zhì)體慣性式振動(dòng)系統(tǒng)的激振力要盡可能指向質(zhì)體重心，以獲得需要的線性振動(dòng)。避免因激振力指向偏離質(zhì)體重心而引發(fā)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，并在停機(jī)通過扭轉(zhuǎn)共振頻率時(shí)，振幅放大導(dǎo)致質(zhì)體前后搖晃、跳離。

4.2錨固圈的改進(jìn)

采用兩端錨固的圓柱螺旋彈簧支承慣性式振動(dòng)系統(tǒng)，理論上可以防止系統(tǒng)在停機(jī)過程中出現(xiàn)跳離現(xiàn)象?，F(xiàn)實(shí)的兩端錨固的圓柱螺旋彈簧只用來支承彈性連桿振動(dòng)系統(tǒng)，是因?yàn)樵撓到y(tǒng)采用共振模式，振幅一般不大于15 mm，停機(jī)過程振幅無放大，很平穩(wěn)。此時(shí)的彈簧的變形、負(fù)荷均較小。彈簧錨固圈內(nèi)徑按“圓鋼彎小鉤——D=2d”或“圓鋼彎鉤環(huán)D=d～2d”標(biāo)準(zhǔn)彎曲。使用安全、可靠。

而單質(zhì)體慣性振動(dòng)系統(tǒng)，采用過共振模式，停機(jī)時(shí)，通過共振頻率時(shí)振幅放大，特別是更低轉(zhuǎn)速時(shí)，出現(xiàn)幅度更大的不規(guī)則搖晃、跳離，幅度可達(dá)60 mm，甚至更大。如果采用支承彈性連桿振動(dòng)系統(tǒng)的兩端錨固的圓柱螺旋彈簧來支承慣性式振動(dòng)系統(tǒng)時(shí)彈簧不能承受約60 mm的較大變形，首先在錨固圈與過渡圈的聯(lián)結(jié)處發(fā)生折斷。原因是：彈簧錨固圈內(nèi)徑小于“圓柱螺旋彈簧計(jì)算表”的允許的最小內(nèi)徑；也就是不能做為彈簧的一部分來使用，來承受彈簧傳遞來的計(jì)算表許用的變形、負(fù)荷。表1為三種標(biāo)準(zhǔn)圓鋼彎曲內(nèi)徑比較表（常用4種）。

表1　三種標(biāo)準(zhǔn)圓鋼彎曲內(nèi)徑比較表（常用4種）

為了保證兩端錨固的圓柱螺旋彈簧支承慣性式振動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，在停機(jī)過程中安全可靠，要按其在停機(jī)過程中的最大變形來核算其有效圈，錨固圈及聯(lián)結(jié)二者的過渡圈，確保其變形量務(wù)必在“圓柱螺旋彈簧計(jì)算表”的允許范圍之內(nèi)。另外，改進(jìn)后的錨固圈內(nèi)徑加大了，有效圈的中徑、圈數(shù)也要相應(yīng)調(diào)整；以彈簧變形時(shí)，不發(fā)生干涉為準(zhǔn)。

圖1和圖2這兩種圓柱螺旋彈簧錨固結(jié)構(gòu)圖，分別用于彈性連桿振動(dòng)系統(tǒng)和慣性式振動(dòng)系統(tǒng)。

圖1　只用于彈性連桿振動(dòng)系統(tǒng)

圖2　可用于慣性式振動(dòng)系統(tǒng)

4.3錨固方式的改進(jìn)

改進(jìn)前的彈簧的錨固方式，如圖1：壓套放在錨固圈內(nèi)；螺栓穿過壓套的中心孔后，再穿過底架（或槽體）的安裝孔，與螺母、平墊、彈簧墊聯(lián)結(jié)并擰緊。從而通過壓套把錨固圈壓緊在底架（或槽體）上。這樣的壓緊方式，由于壓緊面積小，長(zhǎng)期使用，有錨固松動(dòng)現(xiàn)象，影響正常振動(dòng)。

改進(jìn)后的彈簧的錨固方式，如圖2：帶有中心螺孔的心軸焊在底架（或槽體）上；彈簧的錨固圈套裝在心軸上；螺栓穿過彈簧墊、平墊后，再穿過壓板的中心孔；擰入心軸的中心螺孔并擰緊。壓板和心軸完成了錨固圈的定位。由于此結(jié)構(gòu)不需要緊固螺母，也就不需要在底架（或槽體）上留出緊固螺母空間。由于心軸牢固，壓緊面積大，長(zhǎng)期使用無松動(dòng)。

4.4用導(dǎo)向搖桿限制停機(jī)不規(guī)則搖晃

在輸送連續(xù)加入的散料（落料沖擊較?。┑膯钨|(zhì)慣性式振動(dòng)輸送系統(tǒng)的兩側(cè)，在與振動(dòng)方向垂直方向上，安裝導(dǎo)向鋼板彈簧。可以限制振動(dòng)系統(tǒng)停機(jī)時(shí)不規(guī)則搖晃的出現(xiàn)。

4.5去掉振動(dòng)電機(jī)多余的配重

整機(jī)試車并確定激振力后，去掉振動(dòng)電機(jī)多余的配重。這樣做，即可以使電機(jī)啟動(dòng)更輕松，也減小了停機(jī)不規(guī)則搖晃的幅度。

除了以上五點(diǎn)機(jī)械改進(jìn)外，對(duì)電機(jī)的電氣控制方面，停機(jī)時(shí)采用反接制動(dòng)，大大縮短了停機(jī)過程。振幅放大，搖晃的時(shí)間短了，提高了停機(jī)的平穩(wěn)性?？刂坪梅唇又苿?dòng)時(shí)間很重要。

5　改進(jìn)后的使用效果

1996年，在大連某鑄造廠的振動(dòng)、沸騰砂干燥機(jī)上，采用了單質(zhì)體慣性振動(dòng)輸送系統(tǒng)。由于砂干燥機(jī)的熱風(fēng)軟聯(lián)結(jié)用的水封槽不能承受停機(jī)不規(guī)則搖晃，為此，在槽體的兩側(cè)安裝了導(dǎo)向鋼板彈簧。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后，去掉了振動(dòng)電機(jī)多余的配重。該機(jī)啟動(dòng)更輕快，停機(jī)無不規(guī)則搖晃，滿足了使用要求。

2002年初，在天津某公司的球鐵生產(chǎn)線上，用于澆注、冷卻后砂型的輸送機(jī)采用了單質(zhì)體慣性式振動(dòng)輸送系統(tǒng)，使用了改進(jìn)后的彈簧。輸送機(jī)承受很大落料沖擊，長(zhǎng)期使用，安全、可靠。改進(jìn)后的彈簧還用在青島某鑄機(jī)廠生產(chǎn)的S4512篩砂機(jī)和單質(zhì)體彈性連桿振動(dòng)輸送機(jī)上，均獲得良好效果。

6　建議

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單質(zhì)體彈性連桿振動(dòng)輸送機(jī)與單質(zhì)體慣性式振動(dòng)輸送機(jī)相比，具有動(dòng)力消耗小、槽體重量輕、停機(jī)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)。只是不能承受較大的落料沖擊。因此建議：篩砂機(jī)和振動(dòng)沸騰砂冷卻機(jī)可以考慮采用單質(zhì)體彈性連桿振動(dòng)輸送系統(tǒng)。

［1］史煥義.振動(dòng)設(shè)備用的圓柱螺旋彈簧的改進(jìn)［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2015（01）：12-13.

［2］史煥義.單質(zhì)體慣性振動(dòng)裝置停機(jī)時(shí)搖擺過大問題的解決［J］.鑄造設(shè)備與工藝，1998（04）：48-50.

TG233

A

1674-6694（2016）02-0006-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.02.003

2015-12-15 作者簡(jiǎn)介：史煥義（1945-），男，高級(jí)工程師，主要從事鑄造設(shè)備研究。