吳 劍

（江陰智銘鑄造裝備應(yīng)用技術(shù)設(shè)計室，江蘇 江陰 214400）

在鑄造生產(chǎn)中，鑄造裝備是提高鑄造生產(chǎn)能力的關(guān)鍵。振動落砂機是砂處理落砂工步的主機裝備之一，是落砂、破碎、清理、舊砂再生回用的重要環(huán)節(jié)。是處在一個噪音大、粉塵大、熱氣散發(fā)量大、環(huán)境惡劣的工作場地。其打箱落砂能力直接影響到下道工序的砂處理生產(chǎn)進度。亦影響到鑄件清理的出品能力。

在現(xiàn)有鑄造生產(chǎn)中，落砂工步一般常采用的振動落砂機是單質(zhì)體振動落砂機，如慣性式振動落砂機，沖擊式落砂機等。這種落砂機空載時的噪音就超過85 d B（超標(biāo)），負載時沖擊噪音更大，不能符合工作場所的環(huán)保要求。

雙質(zhì)體振動落砂機是一種環(huán)保型的振動落砂機，其振動機理是充分利用了振動激振的慣性力和彈性力的合成，形成有效的振動沖擊對鑄件落砂破碎的?？蛰d時的振動噪音低于80d B，負載時振動幅度相對穩(wěn)定，沖擊噪音低。是一種比較理想的落砂設(shè)備，可實現(xiàn)改善工作環(huán)境的目標(biāo)，有利于推廣應(yīng)用。

目前，國外也在推出不同形式的雙質(zhì)體振動落砂機，以滿足不斷發(fā)展的大型鑄件落砂清理的要求。

1 振動落砂機工作狀態(tài)

振動落砂機是一種直接利用兩個振動電機形成的激振合力，使落砂機臺面（柵格板）作拋擲運動來撞擊砂箱落砂的。反作用力通過減振彈簧傳遞給基礎(chǔ)吸收。其工作狀態(tài)不夠穩(wěn)定，相對振動幅度較大，振幅亦受到載荷的變化而變化，在過共振區(qū)時會有超振幅出現(xiàn)。嚴(yán)重影響振動質(zhì)體和減振彈簧的使用壽命，產(chǎn)生的振動噪音也很大，直接影響環(huán)境。機體的耐振強度較低，容易開裂，操作的安全性也較差。

單質(zhì)體振動落砂機就是這種工作狀態(tài)下工作的振動落砂機。

雙質(zhì)體振動落砂機的力學(xué)模型是建立在動力隔振基礎(chǔ)上的振動原理。是在近共振狀態(tài)下工作的落砂機。振動狀態(tài)有明顯的區(qū)別。

2 雙質(zhì)體振動落砂機振動系統(tǒng)的描述

雙質(zhì)體振動落砂機主要由振動質(zhì)體（含落砂柵格板）、隔振質(zhì)體、激振彈簧、減振彈簧、機座和振動電機組成。

振動質(zhì)體和隔振質(zhì)體通過激振彈簧（亦稱共振簧）連接，振動電機安裝在隔振質(zhì)體上，隔振質(zhì)體通過減振彈簧安裝在機座上如圖1所示。

系統(tǒng)的振動源是利用2臺獨立的振動電機相向旋轉(zhuǎn)自同步激振的。

系統(tǒng)利用減振彈簧的作用，有效地隔離了激振力和振動慣性力對基礎(chǔ)的影響。所以說振動載荷對基礎(chǔ)的影響很?。▌恿Ω粽裨恚?。

由于雙質(zhì)體振動落砂機采用了振動電機為激振源，其本身就是一種優(yōu)化了的結(jié)構(gòu)設(shè)計，焊接構(gòu)件又作了工藝性熱處理，其耐振能力大大提高。所以其使用壽命獲得改善提高。

這種類型的振動落砂機具有載荷能力大、空載噪音小、振幅相對穩(wěn)定（振幅受載荷變化較?。?、振動落砂工作平穩(wěn)的特點。而且動載荷對基礎(chǔ)的影響很小，振動質(zhì)體從焊接結(jié)構(gòu)上說都具有較強的抗振剛度和耐振強度（結(jié)構(gòu)抗振能力的重要指標(biāo)是動剛度）。激振彈簧采用拉壓橄欖式螺旋彈簧形式，具有良好的激振、吸振和抗扭曲功能。使雙質(zhì)體振動落砂機能很好地在近共振區(qū)工作（不超過共振點的區(qū)域），實現(xiàn)振動落砂。

圖1 雙質(zhì)體振動落砂機

這種在近共振狀態(tài)下工作的落砂機就是利用彈性力和慣性力基本接近平衡的機理，又利用外部激振力平衡阻尼力作用，實現(xiàn)振幅共振放大的原理工作。而系統(tǒng)所需激振力和功率消耗相對較小。達到優(yōu)化振動落砂的目的。

雙質(zhì)體振動落砂機是一種慣性式共振落砂機，其工作狀態(tài)在近共振區(qū)域工作。這些狀態(tài)對振動體結(jié)構(gòu)造成直接影響的是系統(tǒng)形成的共振現(xiàn)象。這種共振現(xiàn)象易引起設(shè)備或機構(gòu)零部件的損壞。也是產(chǎn)生振動噪音的主要原因之一。所以系統(tǒng)共振是振動設(shè)備應(yīng)用中必須關(guān)注的主要因素。這種共振現(xiàn)象又是不可避免的，但可以利用它的共性和特性，縮短過共振時間，盡快實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)振動，達到理想的振動工作狀態(tài)。

現(xiàn)已設(shè)計的雙質(zhì)體振動落砂機產(chǎn)品規(guī)格可滿足工作載荷 20t、25 t、30t、35 t、40t、45 t、50t、55 t、60t.等規(guī)格。臺面尺寸有 3000×2500（mm）、3500×3000（mm）、4000×3500（mm）、4500×4000（mm）、5000×4500（mm）、5500×5000（mm）、6000×5000（mm）等。也可采用并聯(lián)的方法實現(xiàn)長臺面的要求。

3 單質(zhì)體振動落砂機振動系統(tǒng)的描述

單質(zhì)體振動落砂機是一種直接利用兩個振動電機形成的激振合力，使落砂機臺面（柵格板）作拋擲運動來撞擊砂箱落砂的振動落砂機。工作機理前面已經(jīng)論述過。

單質(zhì)體振動落砂機需要較大的振動激振力，動載荷系數(shù)較大，對土建基礎(chǔ)有一定的載荷要求。所以一般單質(zhì)體振動落砂機可適用于小噸位鑄件的落砂。由于直接利用振動激振力，使落砂效果較好。但是，載荷較大時，落砂效果會降低。噪音亦明顯加大。一般單質(zhì)體振動落砂機不允許空載啟動，是為了避免共振時的超振幅。但負載啟動時往往會產(chǎn)生振動不響應(yīng)、或落砂效果差的現(xiàn)象。

單質(zhì)體振動落砂機主要由振動質(zhì)體、落砂柵格板、減振彈簧、機座和振動電機組成。振動電機直接安裝在振動質(zhì)體上，再通過減振彈簧同機座連接如圖2所示。

圖2 單質(zhì)體振動落砂機

現(xiàn)已設(shè)計的單質(zhì)體振動落砂機產(chǎn)品可滿足工作載荷 2t、5 t、10t、15 t、20t.等規(guī)格。臺面尺寸有1000×1200（mm）、1200×1500（mm）、1500×1800（mm）、1800×2000（mm）、2000×2200（mm）、2200×2500（mm）、 2500×3000（mm）等。也可采用并聯(lián)的方法實現(xiàn)長臺面的要求。

4 系統(tǒng)的衰減振動控制

當(dāng)振動系統(tǒng)停止了外力作用（振動激振力），系統(tǒng)仍然會按其固有頻率繼續(xù)作自由衰減振動；這個過程出現(xiàn)瞬態(tài)振動，而穩(wěn)態(tài)振動逐步消失；系統(tǒng)被干擾力（阻尼力）影響進入共振區(qū)段，直到振動衰減停止。

阻尼在振動系統(tǒng)中與振動有一個特性關(guān)系，阻尼能使瞬態(tài)振動迅速衰減，特別對降低受迫振動中的共振區(qū)振動。阻尼也是控制振動狀態(tài)的重要措施。因此，可以利用阻尼減少振動系統(tǒng)在啟動或停止過程中過共振區(qū)的時間，限制系統(tǒng)的最大振幅值。

阻尼的形式一般可以采用橡膠契塊、橡膠質(zhì)彈簧、空氣彈簧、機械阻尼器及彈性阻尼等。

5 結(jié)束語

通過上述分析，由于雙質(zhì)體振動落砂機的工作特性是在近共振區(qū)工作的，和單質(zhì)體振動落砂機的工作特性不同。在設(shè)計時特別注意對技術(shù)參數(shù)的合理選擇，對防松措施的合理應(yīng)用。使得雙質(zhì)體振動落砂機在鑄造生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

目前設(shè)計應(yīng)用的雙質(zhì)體振動落砂機在結(jié)構(gòu)上要簡單的多。采用振動電機激振后，降低了制造成本、簡化了加工工藝、方便了維護保養(yǎng)、提高了使用壽命。所以推廣應(yīng)用雙質(zhì)體振動落砂機有利于鑄造車間落砂工步的技術(shù)改造，有利于降噪節(jié)能、改善環(huán)境等。

［1］機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2004.

［2］吳劍.鑄造振動機械設(shè)計與應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

［3］吳劍.慣性式振動機械在鑄造生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.中國鑄造裝備與技術(shù)，2009（2）：37-41.

［4］吳劍.利用微分方程解析雙質(zhì)體落砂機在近共振區(qū)的振動機理［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2012（3）：7-9.