史煥義（天津市河北區(qū)日光里，天津　300142）

對慣性式振動輸送系統(tǒng)停機搖晃及跳離的改進

史煥義
（天津市河北區(qū)日光里，天津300142）

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

搖晃；跳離；錨固；導(dǎo)向

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

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

1.1單質(zhì)體慣性式振動輸送系統(tǒng)及應(yīng)用

該系統(tǒng)采用兩個振動電機驅(qū)動，采用6級電機，振動頻率為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)；停機有搖晃、跳離現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)簡單；可承受較大落料沖擊；槽體受力大，槽體剛體要求高，長度一般不大于6 m.利用該系統(tǒng)的振動設(shè)備有：振動輸送落砂機（澆注、冷卻后砂型用）、長度在6 m之內(nèi)的振動輸送機、S45系列篩砂機和振動沸騰砂冷卻機。

1.2單質(zhì)體彈性連桿振動輸送機

該機采用共振模式；振動頻率為：400次/min～600次/min；振幅不大于15 mm；振幅不可調(diào)；停機平穩(wěn)；動力消耗??；槽體受力小，剛度要求低；適于6 m ～30 m長距離輸送；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)體彈性連桿振動輸送機

該機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系統(tǒng)；由于來自彈性連桿振動系統(tǒng)的激振力小，工作振幅??；停機過程中振幅有放大，尚可接受。

在以上三種振動輸送機中，單質(zhì)體慣性式振動結(jié)構(gòu)應(yīng)用較多。

2　支承慣性式振動系統(tǒng)的彈簧及停機狀態(tài)

單質(zhì)體慣性式振動系統(tǒng)采用兩端無錨固的標(biāo)準(zhǔn)的圓柱螺旋彈簧支承振動質(zhì)體時，在停機過程中，會在共振頻率時發(fā)生振幅放大；更低頻率時發(fā)生質(zhì)體幅度較大的不規(guī)則搖晃和跳離。S45系列篩砂機表現(xiàn)尤為突出。為了改善停機時振幅放大、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，在振動系統(tǒng)停機過程中，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?。粨u晃、跳離幅度也有所減小，但仍然存在；停機過程也有所縮短。這兩種彈簧價格較鋼彈簧高。

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

3.1通過共振頻率時，振幅放大

單質(zhì)體慣性式振動輸送系統(tǒng)均采用過共振模式，在停機過程中，減速并通過線性振動的共振頻率時，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，若彈簧與質(zhì)體之間無錨固，就會發(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)體慣性式振動輸送系統(tǒng)需要的是線性振動，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，除了會激發(fā)質(zhì)體的線性振動外，還會激發(fā)扭轉(zhuǎn)振動。在系統(tǒng)起動、工作狀態(tài)時，扭轉(zhuǎn)振動對系統(tǒng)狀態(tài)的影響并不明顯；但在停機過程中，通過扭轉(zhuǎn)振動的共振頻率時，出現(xiàn)放大的扭轉(zhuǎn)振幅；質(zhì)體表現(xiàn)為前、后搖晃。

3.3停機至低轉(zhuǎn)速，兩電機追逐自平衡作用消失

停機斷電后，振動電機由于配重的轉(zhuǎn)動慣性，繼續(xù)轉(zhuǎn)動；在機械摩擦阻力和系統(tǒng)阻尼的作用下，逐漸減速；質(zhì)體振動表現(xiàn)出頻率逐漸降低，振幅逐漸加大。通過共振頻率后，電機轉(zhuǎn)速至很低時，兩個振動電機的轉(zhuǎn)速會出現(xiàn)ω1≠-ω2，兩電機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。比共振點時的振幅更大，更不平穩(wěn)。

4　對單質(zhì)體慣性式振動輸送系統(tǒng)停機搖晃、跳離的改進

4.1激振力盡可能通過質(zhì)體重心

單質(zhì)體慣性式振動系統(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。避免因激振力指向偏離質(zhì)體重心而引發(fā)扭轉(zhuǎn)振動，并在停機通過扭轉(zhuǎn)共振頻率時，振幅放大導(dǎo)致質(zhì)體前后搖晃、跳離。

4.2錨固圈的改進

采用兩端錨固的圓柱螺旋彈簧支承慣性式振動系統(tǒng)，理論上可以防止系統(tǒng)在停機過程中出現(xiàn)跳離現(xiàn)象?，F(xiàn)實的兩端錨固的圓柱螺旋彈簧只用來支承彈性連桿振動系統(tǒng)，是因為該系統(tǒng)采用共振模式，振幅一般不大于15 mm，停機過程振幅無放大，很平穩(wěn)。此時的彈簧的變形、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)體慣性振動系統(tǒng)，采用過共振模式，停機時，通過共振頻率時振幅放大，特別是更低轉(zhuǎn)速時，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系統(tǒng)的兩端錨固的圓柱螺旋彈簧來支承慣性式振動系統(tǒng)時彈簧不能承受約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系統(tǒng)時，在停機過程中安全可靠，要按其在停機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“圓柱螺旋彈簧計算表”的允許范圍之內(nèi)。另外，改進后的錨固圈內(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，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系統(tǒng)和慣性式振動系統(tǒng)。

圖1　只用于彈性連桿振動系統(tǒng)

圖2　可用于慣性式振動系統(tǒng)

4.3錨固方式的改進

改進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，長期使用，有錨固松動現(xiàn)象，影響正常振動。

改進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，長期使用無松動。

4.4用導(dǎo)向搖桿限制停機不規(guī)則搖晃

在輸送連續(xù)加入的散料（落料沖擊較?。┑膯钨|(zhì)慣性式振動輸送系統(tǒng)的兩側(cè)，在與振動方向垂直方向上，安裝導(dǎo)向鋼板彈簧?？梢韵拗普駝酉到y(tǒng)停機時不規(guī)則搖晃的出現(xiàn)。

4.5去掉振動電機多余的配重

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

除了以上五點機械改進外，對電機的電氣控制方面，停機時采用反接制動，大大縮短了停機過程。振幅放大，搖晃的時間短了，提高了停機的平穩(wěn)性?？刂坪梅唇又苿訒r間很重要。

5　改進后的使用效果

1996年，在大連某鑄造廠的振動、沸騰砂干燥機上，采用了單質(zhì)體慣性振動輸送系統(tǒng)。由于砂干燥機的熱風(fēng)軟聯(lián)結(jié)用的水封槽不能承受停機不規(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)場調(diào)試后，去掉了振動電機多余的配重。該機啟動更輕快，停機無不規(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采用了單質(zhì)體慣性式振動輸送系統(tǒng)，使用了改進后的彈簧。輸送機承受很大落料沖擊，長期使用，安全、可靠。改進后的彈簧還用在青島某鑄機廠生產(chǎn)的S4512篩砂機和單質(zhì)體彈性連桿振動輸送機上，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)體彈性連桿振動輸送機與單質(zhì)體慣性式振動輸送機相比，具有動力消耗小、槽體重量輕、停機平穩(wěn)的優(yōu)點。只是不能承受較大的落料沖擊。因此建議：篩砂機和振動沸騰砂冷卻機可以考慮采用單質(zhì)體彈性連桿振動輸送系統(tǒng)。

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

［2］史煥義.單質(zhì)體慣性振動裝置停機時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 作者簡介：史煥義（1945-），男，高級工程師，主要從事鑄造設(shè)備研究。