樊 帆，于廣華，林 峰

(1.廣西柳州華地探礦機(jī)械廠，廣西柳州 545005;2.廣西超硬材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林 541004; 3.國(guó)家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心，廣西桂林 541004)

金剛石選形機(jī)振動(dòng)的頻率和振動(dòng)波形對(duì)選形效果的影響

樊 帆1，于廣華1，林 峰2，3

(1.廣西柳州華地探礦機(jī)械廠，廣西柳州 545005;2.廣西超硬材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林 541004; 3.國(guó)家特種礦物材料工程技術(shù)研究中心，廣西桂林 541004)

金剛石分選是金剛石生產(chǎn)工藝中必不可少的一道工序。在金剛石選形過(guò)程中，金剛石的形狀、金剛石的粒度、分選盤(pán)的工作角度、分選盤(pán)的表面粗糙度、選形機(jī)的激振力大小、選形機(jī)工作部分的振動(dòng)方向及選形動(dòng)作是否流暢等因素對(duì)選形效果均有不同程度的影響。文章重點(diǎn)分析和研究了金剛石選形機(jī)在進(jìn)行選形時(shí)不同的振動(dòng)頻率和振動(dòng)波形對(duì)金剛石選形效果的影響規(guī)律，結(jié)果表明:輸入電流的頻率和波形直接影響選形機(jī)的電磁激振力，其對(duì)選形效果產(chǎn)生比較大的影響。

頻率;波形;金剛石選形;選形效果

1 引 言

我國(guó)的人造金剛石產(chǎn)量現(xiàn)居世界首位，幾年前的年產(chǎn)量就已經(jīng)突破150億克拉。金剛石分選是金剛石生產(chǎn)工藝中必不可少的一道工序，目前國(guó)內(nèi)超硬材料行業(yè)普遍使用的金剛石選形機(jī)是一種基于電磁振動(dòng)原理而研發(fā)出的針對(duì)物料形狀進(jìn)行選別的專(zhuān)用設(shè)備，它利用電磁激振力的往復(fù)作用通過(guò)分選盤(pán)對(duì)盤(pán)面上的物料進(jìn)行形狀選別，而在選形過(guò)程中，電磁激振力的大小、振動(dòng)的方向、振動(dòng)的頻率和波形等因素都會(huì)對(duì)選形效果產(chǎn)生很大的影響。本文擬分析和研究金剛石選形機(jī)在進(jìn)行選形時(shí)不同的振動(dòng)頻率和振動(dòng)波形對(duì)金剛石選形效果的影響規(guī)律，通過(guò)對(duì)激振力的頻率、波形的調(diào)整和精確控制，實(shí)現(xiàn)提高金剛石選形質(zhì)量的目的，為行業(yè)企業(yè)進(jìn)行金剛石分選提供工藝參考。

2 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

實(shí)驗(yàn)一:使用設(shè)備為13斗選形機(jī)，以動(dòng)圈式調(diào)壓器對(duì)輸入電流進(jìn)行控制，輸入電壓220V、電流頻率為50Hz的交流電，用示波器顯示輸入電磁鐵的電流波形圖(見(jiàn)圖1);使用80～100目金剛石進(jìn)行實(shí)驗(yàn)選形;電磁激振力的振動(dòng)頻率為100次/每秒。

圖1 動(dòng)圈式調(diào)壓器控制未整流電流圖Fig.1 unrectified current graph controlled by moving-coil regulator

以上述條件進(jìn)行金剛石分選試驗(yàn)，然后從接料斗分別取樣品，在顯微鏡下觀察樣品的選形質(zhì)量，記錄觀察結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 直接交流電下選形鏡檢結(jié)果表(等積形顆粒百分含量)Table 1 sorting microscopic examination result under alternating current(percentage of equiareal particles)

實(shí)驗(yàn)二:使用設(shè)備為13斗選形機(jī)，以動(dòng)圈式調(diào)壓器對(duì)輸入電流進(jìn)行控制，輸入電壓220V、電流頻率為50Hz的交流電，在調(diào)壓器輸出端接入一個(gè)單向二極管對(duì)電流進(jìn)行整流，用示波器顯示輸入磁鐵的電流波形圖(見(jiàn)圖2);使用80～100目金剛石進(jìn)行實(shí)驗(yàn)選形，電磁激振力的振動(dòng)頻率是50次/每秒。

以上述條件進(jìn)行金剛石分選試驗(yàn)，然后從接料斗分別取樣品，在顯微鏡下觀察樣品的選形質(zhì)量，記錄觀察結(jié)果見(jiàn)表2。

圖2 動(dòng)圈式調(diào)壓器控制整流后電流圖Fig.2 current graph controlled by moving-coil regulator after being rectified

表2 整流后選形鏡檢結(jié)果表(等積形顆粒百分含量)Table 2 sorting microscopic examination result after being rectified(percentage of equiareal particles)

實(shí)驗(yàn)三:使用設(shè)備為13斗選形機(jī)，選擇輸入電壓220V、電流頻率是50Hz的交流電，用可控硅調(diào)壓器來(lái)調(diào)節(jié)輸入電流，在調(diào)壓器輸出端接入一個(gè)單向二極管對(duì)電流進(jìn)行整流，用示波器顯示輸入電磁鐵的電流波形圖(見(jiàn)圖3)，使用80～100目的金剛石物料來(lái)實(shí)驗(yàn)選形。電磁激振力的振動(dòng)頻率是50次/每秒。

以上述條件進(jìn)行金剛石分選試驗(yàn)，然后從接料斗分別取樣品，在顯微鏡下觀察樣品的選形質(zhì)量，記錄觀察結(jié)果見(jiàn)表3。

圖3 可控硅調(diào)壓器輸出電流圖Fig.3 output current graph by silicon controlled voltage regulator

表3 可控硅調(diào)壓器控制選形鏡檢結(jié)果(等積形顆粒百分含量)Table 3 sorting microscopic examination result by silicon controlled voltage regulator(percentage of equiareal particles)

3 結(jié)果分析

3.1 振動(dòng)頻率對(duì)選形的影響

從實(shí)驗(yàn)鏡檢結(jié)果表1、表2的對(duì)比來(lái)看，整流頻率降低一半時(shí)的選形效果(表2結(jié)果)明顯優(yōu)于未整流頻率為交流電50Hz時(shí)的選形效果(表1結(jié)果)。

為什么金剛石選形機(jī)在交流電被整流、激振力的頻率降低一半時(shí)選形效果更好?筆者分析認(rèn)為與其對(duì)分選盤(pán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不同影響有關(guān)。從金剛石選形機(jī)主要工作部件分選部結(jié)構(gòu)(如圖4所示)來(lái)看，給零件3振動(dòng)器中的電磁鐵線(xiàn)圈接通電源，當(dāng)電源電流通過(guò)電磁鐵線(xiàn)圈時(shí)，在鐵芯與線(xiàn)圈之間產(chǎn)生一對(duì)大小相等的脈沖電磁力相互吸引，鐵芯被吸引向右運(yùn)動(dòng)，這時(shí)連接鐵芯的零件1分選盤(pán)向右運(yùn)動(dòng)，而零件2板簧產(chǎn)生彈性形變，儲(chǔ)存勢(shì)能;當(dāng)電流為零時(shí)，鐵芯被解吸，零件2板簧儲(chǔ)存的勢(shì)能釋放，鐵芯與銜鐵解吸被拉開(kāi)回到初始位置，分選盤(pán)向左運(yùn)動(dòng)，完成一個(gè)工作行程。在交流電的作用下，振動(dòng)器以電流的頻率帶動(dòng)分選盤(pán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成選形機(jī)分選部選形的過(guò)程。我們可以從圖1看到，直接通50Hz交流電時(shí)的電流在正波峰時(shí)鐵芯與線(xiàn)圈之間產(chǎn)生一對(duì)大小相等的脈沖電磁力相互吸引，零件2板簧產(chǎn)生彈性形變儲(chǔ)存勢(shì)能，行至π時(shí)，吸引力消失板簧儲(chǔ)存的勢(shì)能釋放，零件2板簧向左回復(fù)，繼續(xù)行至負(fù)波峰時(shí)鐵芯與線(xiàn)圈之間又產(chǎn)生一對(duì)大小相等的脈沖電磁力相互吸引，此時(shí)零件2板簧還沒(méi)回復(fù)到位又被吸引過(guò)來(lái)，導(dǎo)致分選盤(pán)左右運(yùn)動(dòng)距離小、頻率高，勢(shì)能不能完全釋放，電磁激振力弱，分選盤(pán)上物料受到的振動(dòng)波就會(huì)形成相差一個(gè)π時(shí)間的兩個(gè)相互干涉的振波，使物料難以分離，出現(xiàn)混料現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了選形效果。在實(shí)驗(yàn)二中，我們通過(guò)增加一個(gè)單向二極管對(duì)電流整流降低了頻率，從圖2可以看到負(fù)向電流被阻斷，不能流入線(xiàn)圈，此時(shí)通過(guò)線(xiàn)圈的電流就被調(diào)整成間隔一個(gè)π時(shí)間的脈沖型電流。在正向電流時(shí)，零件2板簧儲(chǔ)存勢(shì)能，負(fù)向電流被阻斷，零件2板簧儲(chǔ)存的勢(shì)能釋放，板簧回復(fù)到位做功正常，傳遞給物料的振動(dòng)波只有一個(gè)，物料分離順利，所以選形質(zhì)量好。

圖4 金剛石選形機(jī)主要工作部件分選部結(jié)構(gòu)圖Fig.4 structure chart of the main working parts of diamond sorting machine

3.2 振動(dòng)波形對(duì)選形的影響

實(shí)驗(yàn)三是我們通過(guò)前面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)后才決定做的實(shí)驗(yàn)。前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)我們確定了通給電磁鐵的電流必須整流減少頻率才能有好的選形效果，同時(shí)我們又有動(dòng)圈式調(diào)壓器太大要換體積小的調(diào)壓器的需求，所以我們換用體積小的可控硅調(diào)壓器來(lái)試驗(yàn)。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)用可控硅調(diào)壓器時(shí)，示波器顯示的波形不是完整的正弦型波，在波峰處是呈鋸齒形的。

從鏡檢結(jié)果(表2、表3)的對(duì)比看到，波形完整的實(shí)驗(yàn)二的選形效果更好，為什么呢?分析一下實(shí)驗(yàn)三的選形機(jī)工作時(shí)電磁激振力的情況:從圖3看到波峰處呈鋸齒狀，此時(shí)通電線(xiàn)圈的電流強(qiáng)度是高低起伏的，鐵芯與線(xiàn)圈之間產(chǎn)生的脈沖電磁力也隨著忽大忽小，使之零件2板簧也隨著左右擺動(dòng)，產(chǎn)生的電磁激振力在這個(gè)短時(shí)間內(nèi)形成一個(gè)個(gè)沒(méi)有規(guī)律的波動(dòng)，這些波動(dòng)傳到物料后會(huì)產(chǎn)生相互干涉，因此，鋸齒狀波峰對(duì)分選動(dòng)作而言，其實(shí)是一種干擾，其使得物料在分選盤(pán)面上呈不規(guī)則跳動(dòng)，團(tuán)聚的物料無(wú)法分離，導(dǎo)致物料混料現(xiàn)象嚴(yán)重，從而選形質(zhì)量差。

4 結(jié) 論

在金剛石選形過(guò)程中，金剛石的形狀、金剛石的粒度、分選盤(pán)的工作角度、分選盤(pán)的表面粗糙度、選形機(jī)的激振力大小、選形機(jī)工作部分的振動(dòng)方向及選形動(dòng)作是否流暢等因素對(duì)選形效果均有不同程度的影響。輸入電流的頻率和波形直接影響選形機(jī)的電磁激振力，其對(duì)選形效果有比較大的影響，使用未經(jīng)完整整流或整流波形受到影響的交流電作為選型機(jī)電源，分選盤(pán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)均會(huì)受到影響，導(dǎo)致團(tuán)聚物料分離不充分或無(wú)法分離，嚴(yán)重影響分選效果。使用經(jīng)過(guò)單向二極管整流后波形是完整的正弦型的交流電作為選型機(jī)電源，分選盤(pán)能進(jìn)行正常的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使選形機(jī)分選部的選形動(dòng)作順利完成，鏡檢結(jié)果表明可大大提升金剛石的分選效果。

［1］于廣華.淺析金剛石選形機(jī)振動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)選形效果的影響［C］.第五屆鄭州國(guó)際超硬材料及制品研討會(huì)論文集，海洋出版社，2008.

［2］于月民，丁元柱.電磁振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)分析［J］.煤礦機(jī)械，2000(12).

Influence of the Vibration Frequency and Vibration Waveform of Diamond Sorting Machine on Its Sorting Effectiveness

FAN Fan1，YU Guang-hua1，LIN Feng2，3
(1.Guangxi Liuzhou Huadi Prospecting Equipment Plant，Liuzhou，Guangxi，China 545005; 2.Guangxi Key Laboratory of Superhard Material，Guilin，Guangxi，China 541004; 3.National Engineering Research Center for Special Mineral Material，Guilin，Guangxi，China 541004)

Diamond sorting is an essential process in diamond production technology.In the diamond sorting process，many factors may affect the sorting results，for example，the shape and the grain size of diamonds，operating angle and surface roughness of the sorting plate，exciting force and vibration direction of the sorting machine as well as the operation smoothness.This article focuses on the analysis and study of the influence of the vibration frequency and the vibration waveform of the diamond sorting machine on the sorting effectiveness and draws a conclusion that the frequency and the waveform of the input current have direct influence on the exciting force of the sorting machine，and consequently have significant influence on sorting effectiveness.

frequency;waveform;diamond sorting;sorting effectiveness;

TQ164

A

1673－1433(2016)06－0030－04

2016－10－25

樊帆(1986－)，男，本科，助理工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，2009年開(kāi)始從事選礦設(shè)備的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究，全程參與了柳州市科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2014H020402)“微米級(jí)金剛石選形關(guān)鍵技術(shù)的研究”課題。E-mail:514463486@qq.com。

樊帆，于廣華，林峰.金剛石選形機(jī)振動(dòng)的頻率和振動(dòng)波形對(duì)選形效果的影響［J］.超硬材料工程，2016，28(6):30-33.