【正文】 指導(dǎo)老師 李 慧 摘 要：本論文介紹了遠(yuǎn)距離電磁振動(dòng)給料機(jī)的分類、特點(diǎn)及其控制方式并簡(jiǎn)要的說(shuō)明了電磁振動(dòng)給料機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用。并重點(diǎn)設(shè)計(jì)電磁振動(dòng)給料機(jī)的結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)，從機(jī)械指數(shù)、拋振指數(shù)、機(jī)械振動(dòng)角、振幅和振動(dòng)頻率等方面計(jì)算出適合電磁振動(dòng)給料機(jī)輸送物料的最佳方案；從槽體結(jié)構(gòu)中的槽體長(zhǎng)度、槽體寬度、槽體截面積等因素中探討出輸送精度高、輸送量大且在保證強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)盡可能減輕槽體質(zhì)量的最佳槽體結(jié)構(gòu) 。最后對(duì)給料機(jī)的控制進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì) 。 關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)距離電磁振動(dòng)給料機(jī)；激振器；槽體；共振 1 前言 一般 情況下，振動(dòng) 是有害的 ， 應(yīng)該 避免。但 在工業(yè)中 ，振動(dòng) 也有 有利的一面， 通過(guò) 振動(dòng)傳輸物料 ， 振動(dòng)可以完成一般機(jī)器完成不了的功能 。振動(dòng)輸送機(jī)械 的 結(jié)構(gòu) 比較 簡(jiǎn)單， 成本較低 ， 能傳輸 高溫的物料，且能實(shí)現(xiàn)均勻輸送物料 【 1】 。 從 20世紀(jì) 60年代開始，電磁振動(dòng)原理就廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，同其他在工業(yè)中運(yùn)用的機(jī)械相比，電磁振動(dòng)具有顯著的優(yōu)勢(shì) ，比如電磁振動(dòng)給料機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、工業(yè)制作容易、制作的成本比較低、安裝也方便等。 在工業(yè)生產(chǎn)中， 振動(dòng)給料機(jī)用 來(lái)傳輸 塊狀 和 顆粒狀 物料 ，均勻持續(xù)的輸送到 受料裝置 。 電磁振動(dòng)給料機(jī)是一種較新型的 輸送物料 設(shè)備， 有輸送 效率高、 功能良好 、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定 等特點(diǎn)。 目前在礦產(chǎn)、煤料 、冶金、電力、化工、機(jī)械、糧食飼料等行業(yè)中 被大量的應(yīng)用 。 電磁振動(dòng)給料機(jī)的類型 根據(jù)電磁振動(dòng)原理的機(jī)械大致可以分為兩大類。一類是電磁式振動(dòng)，電磁式振動(dòng)器主要是由銜鐵、線圈、鐵芯、殼體、板彈簧等各部分組 成。鐵芯固定在平衡質(zhì)體上， 銜鐵 和 槽體固定 在一起。另一類是電動(dòng)式 振動(dòng) ，電動(dòng)式激振器由永磁環(huán)、中心磁極和線圈組成，線圈是可動(dòng)的，并且通有交流電，這一類主要應(yīng)用于電磁振動(dòng)臺(tái)中。 供電的 種類 可以分為三種： （ 1）半波整流供電。 通過(guò) 可控整流器來(lái)調(diào)整電 流，振動(dòng) 頻率為 3000 次 /分。 （ 2）交流激磁 。 交流激磁就是直接接通交流電，系統(tǒng)振動(dòng)的頻率在每分鐘 6000 次，通常用于小型的，微型的振蕩器。 （ 3）半波整流加直流。振動(dòng)頻率 3000 次 /分。 根據(jù)激振力幅的不同和彈性的不同分成五個(gè)部分： （ 1） 電磁力 的波形 為諧波的線性電振機(jī)。 4 （ 2） 電磁力為非諧波形式的線性電振機(jī)。 （ 3） 電磁力為擬線性或非線性的電振機(jī)。 （ 4） 彈性力為擬線性或非線性的電振機(jī)。 （ 5） 用于沖擊的 電振機(jī)。 利用沖擊 的工作原理運(yùn)行。 電磁振動(dòng)給料機(jī)的特點(diǎn) 電磁振動(dòng)給料 被廣泛的運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中，相對(duì)于傳統(tǒng)方式的傳送， 具有 很多優(yōu)勢(shì) ： （ 1） 構(gòu)造 簡(jiǎn)單 ， 激振器和槽體都使用減震彈簧進(jìn)行支撐 。 （ 2） 安裝和維修方便，沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，因此不需要潤(rùn)滑油，保養(yǎng)費(fèi)較低。 （ 3） 應(yīng)用范圍很廣 ， 電 磁振動(dòng)給料機(jī) 被大量的用于工業(yè)生產(chǎn)中，包括采石場(chǎng)石沙的運(yùn)輸、化工廠原料的給料、食品廠材料的進(jìn)料等等。 （ 4）電磁振動(dòng)給料機(jī)能定時(shí)定量的輸送物料，能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)送物料，免去人親自給物料，省時(shí)省力，節(jié)約生產(chǎn)成本。 （ 5） 輸送方便，易于實(shí)現(xiàn)工程控制 ； 磁振動(dòng)給料機(jī)的控制方式 電磁振動(dòng)給料機(jī) 能夠進(jìn)行定量的輸送物料，改變振幅的大小就能改變給料的大小 ， 一般通過(guò) 控制晶閘管的大小來(lái)控制電流的 大小 ，從而控制振動(dòng)幅度的大小 。 改變激振力 的大小和 改變激振頻率 的大小可以改變輸送量的大小 。 激振力 和輸入 電壓的平方 成正比 ， 和 匝數(shù)的平方 成反比 。 因此，改變電壓和匝數(shù)能改變振幅。 （ 1） 調(diào)節(jié)外加電壓 激振力和輸入電壓成正比，由于電壓的改變會(huì)引起振幅的改變比較大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就比較差，現(xiàn)在大多用控制晶閘管的導(dǎo)通角的大小來(lái)控制振幅的大小 。 該方法的調(diào)節(jié)范圍比較大，容易實(shí)現(xiàn)工程上的自動(dòng)控制，因此被大量的使用。 （ 2） 改變線圈匝數(shù) 激振力 和 匝數(shù)的平方 的平方成反比 ， 因此，改變?cè)褦?shù)的大小可以改變振幅的大小，從而改變輸送量的大小 。 但由于這種方式很難實(shí)現(xiàn)，很少被運(yùn)用。 2 電磁振動(dòng)給料機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理 電磁振動(dòng)給料機(jī)的結(jié)構(gòu)組成 遠(yuǎn)距離電磁振動(dòng)給料機(jī)的示意圖如圖 1所示。 電磁振動(dòng)給料機(jī)一般由料槽、支架、電磁激振器和控制系統(tǒng) 組成 。在生產(chǎn)過(guò)程中，又以直槽式電磁振動(dòng)給料機(jī)居多，本論文設(shè)計(jì)的就是直槽式電磁振動(dòng)給料機(jī)。 其中各部分的作用是 ： （ 1） 槽體：輸送物料的主體。 （ 2） 聯(lián)接叉：聯(lián)結(jié)叉是一種鑄件，與槽體剛性連接在一起，起的作用就是將激振力傳 給槽體。 5 （ 3）板彈簧： 板彈簧 用來(lái)儲(chǔ)蓄能量 ，彈簧板中部用螺栓夾在聯(lián)結(jié)叉中，機(jī)殼的兩端都 用一個(gè)螺栓夾緊，這樣就構(gòu)成了機(jī)器的彈性系統(tǒng)，從而形成了振動(dòng)系統(tǒng)。 （ 4） 鐵芯和線圈：鐵芯用 “山”形狀的硅鋼片迭裝而成，在鐵芯上套上線 圈，當(dāng)線圈中有交流電通過(guò)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生電磁力。 （ 5） 激振器殼體： 用來(lái)放置鐵芯和彈簧 。往往在激振器至于減震彈簧上，減少對(duì)地面的 沖擊。 圖 1 給料機(jī)示意圖 圖 2 激振器的 構(gòu)造 圖 如圖 2所示，該激振器可以分為兩部分，一部分由激振器的殼體、鐵芯、線圈、和工作 6 彈簧的一部分構(gòu)成質(zhì)量，另一部分由聯(lián)接叉和槽體、銜鐵和工作彈簧的另一部分構(gòu)成質(zhì)量。這兩部分用板彈簧連接在一起，從而形成了一個(gè)雙質(zhì)點(diǎn)的定向振動(dòng)的彈性系統(tǒng)。由機(jī)械振動(dòng)諧振原理可以知道，電磁振動(dòng)給料機(jī)的固有頻率與電磁激振頻率 w 相近時(shí)，它們的比值0 0 .8 5 ~ 0 .9 5z ? ???，電磁振動(dòng)給料機(jī)在臨界共振下工作運(yùn)行，所以電磁振動(dòng)給料機(jī)具有工作平穩(wěn)，功率消耗小的特點(diǎn)。 激振器電磁線圈的電流經(jīng)過(guò)單相半波整流，沒(méi)有經(jīng)過(guò)單相半波整流的波形為正弦波 形，經(jīng)過(guò)單相半波整理后的波形如圖 3 所示，其正半周期電壓加在磁場(chǎng)線圈的兩端，會(huì)產(chǎn)生電流，由電磁感應(yīng)可知，銜鐵和鐵芯之間會(huì)產(chǎn)生電磁力，吸引銜鐵，使槽體壓著彈簧板向下運(yùn)動(dòng) ，主振彈簧存貯了一定的勢(shì)能 ； 在負(fù)半周期內(nèi)線圈中無(wú)電流通過(guò)，電磁力消失，彈簧就恢復(fù)變形，迫使料槽向上振動(dòng)。這樣一吸一推，使料槽產(chǎn)生了伴隨著直動(dòng)或扭動(dòng)的上下垂直振 動(dòng)。由于電磁力是一個(gè)周期變 化的強(qiáng)迫作用力，因此電振機(jī)是一個(gè)以電磁力為周期干擾力的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng)。 圖 3 電壓和電磁力變化示意圖 設(shè)計(jì)的 基本參數(shù)： (1)運(yùn)送的物料 石沙 (2)物料的性質(zhì)：溫度＜ 250? ，密度 ，粒度 150mm (3)輸送物料的量： 30t/h (4)時(shí)間：連續(xù)運(yùn)行 12 小時(shí) (5)工頻： 50Hz 7 (6)槽體的傾角： 0176。 (7)總質(zhì)量： 10t（ 1210m m t??） (8)運(yùn)行環(huán)境 ： 室外 (9)結(jié)構(gòu)形式：槽體和振蕩器都采用彈簧支撐 (10)槽體的長(zhǎng)度： 8m (11)振動(dòng)器上傾角： 15176。 (12)振幅： 電磁振動(dòng)器參數(shù) 電磁振動(dòng)器 利用了共振的原理 ， 構(gòu)成了一個(gè)雙質(zhì)點(diǎn)的彈性系統(tǒng) ，系統(tǒng)能以較小的功率消耗產(chǎn)生較大的機(jī)械輸送能力。電磁振動(dòng)器的主要參數(shù)包括振動(dòng)頻率、振幅和驅(qū)動(dòng)角，這些參數(shù)對(duì)于不同物料有不同的最佳值。 動(dòng)力系數(shù) 的選擇和計(jì)算 電磁振動(dòng)給料機(jī)的動(dòng)力系數(shù) k 主要受到 2 個(gè)方面的的限制，分別是機(jī)械零件強(qiáng)度和零件結(jié)構(gòu)的剛度限制。因要提高電磁振動(dòng)給料機(jī)的設(shè)備系數(shù)，所以要使設(shè)備不能過(guò)于龐大，并且能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)，動(dòng)力系數(shù) k =。電磁振動(dòng)給料機(jī)在工作頻率 f 、振動(dòng)幅度 1a 的選擇上范圍比較大，其考慮的方面主要是結(jié)構(gòu)形式、輸送長(zhǎng)度、輸送能力和所需的工藝要求。振動(dòng)的頻率 f =50Hz，與之對(duì)應(yīng)的振動(dòng)幅度 1a =。 本文振動(dòng)幅度選擇 1a =， f =50Hz。 由計(jì)算公式 22 2 2 314 4 3 . 1 4 5 0 0 . 7 8 9 1 09 . 8fak g??? ? ? ??? （ 1） ? 公式中： f 振動(dòng)頻率， Hz 1a 振動(dòng)幅度， m g 重力加速度， 2/ms k 動(dòng)力系數(shù) 可見(jiàn)動(dòng)力系數(shù) k 的值在 的范圍內(nèi)，所以取值合理。 振動(dòng)方向角 槽體平面和振動(dòng)力方向的夾角就是振動(dòng)方向角 。 正確的 選擇振動(dòng)方向角 有效的 可以提高 8 機(jī)器的 輸送效率。 振動(dòng)方向角的選擇和動(dòng)力系數(shù)和物料的性質(zhì)有關(guān) 。理論上 可以 從最大 傳輸速度出發(fā)， 確定一個(gè) 與 動(dòng)力系數(shù) 相對(duì)應(yīng)振動(dòng)方向角，但 實(shí)際傳輸中，影響傳輸速度的原因有很多 ， 所以只能選擇一個(gè)大概的范圍 ，一般 β =25~35176。當(dāng) K=3~5 時(shí)， ? =30~35176。；當(dāng) K=7~10時(shí)， ? =15~30176。在一 k 定的條件下，影響 ? 值選取的因素還有物料的粒度、水份、料層厚度和噪聲要求。一般物料的粒度越大、水份越大、層粒度厚度越大， ? 應(yīng)取較大值，否則取較小值 【 5】 。 考慮到沙石的粒度和厚度，一般選擇 ? =15176。 物料拋擲指數(shù) 拋擲指數(shù) D 是表征物料拋擲運(yùn)動(dòng)特性的量，用振動(dòng)加速度的最大值在槽底法向的分量與重力加速度在槽底法向的分量的比值來(lái)表示。 對(duì)于不同的機(jī)械，其拋擲指數(shù)的范圍選擇是不同的。 對(duì)于大多數(shù)長(zhǎng)距離大產(chǎn)量的振動(dòng)輸送機(jī)，拋料指數(shù)通常為 D =～ ；對(duì)于電磁振動(dòng)給料機(jī)，由于長(zhǎng)度較短，為了獲得較大的輸送速度，拋料指數(shù)的選擇范圍為 D =～ 。物料在拋擲狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)，由于物料與料槽底部接觸時(shí)間較短，大部分時(shí)間處于空中運(yùn)行狀態(tài)，所以對(duì)槽體磨損較小。振動(dòng)給料機(jī)采用中速拋擲狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，振動(dòng)輸送效率較高，能耗少，對(duì)機(jī)體強(qiáng)度和剛度要求不太高。 22 2 2 314 s i n 4 3 . 1 4 5 0 0 . 7 8 9 1 0 s i n 1 59 . 8faD g???? ? ? ? ? ??? （ 2） ? 公式中： f 振動(dòng)頻率， Hz 1a 振動(dòng)幅度， m g 重力加速度， 2/ms D 拋擲指數(shù) ? 振動(dòng)方向角度， 物料 的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 由拋擲指數(shù) D 決定的 。當(dāng) D≤1 時(shí)，物料在料槽上的運(yùn)動(dòng)為滑行運(yùn)動(dòng)而不是拋擲運(yùn)動(dòng)；當(dāng) D＞ 1，物料在料槽上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是拋擲運(yùn)動(dòng)。為了提高輸送效率，目前電磁振動(dòng)給料機(jī)大多選用周期性拋擲運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)，常取 1D【 6】 。 由計(jì)算可知，物料的拋擲指數(shù) D的值在 的范圍之內(nèi)，因此物料的拋擲指數(shù) D選擇合理。 物料的輸送速度 電磁振動(dòng)給料機(jī)的物料輸送速度主要是由 5 個(gè)方面決定，分別是物料的物理性質(zhì)、物料的厚度以及 電磁振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)頻率、振幅、及其振動(dòng)的方向角有關(guān)。 輸送的物料顆粒在電磁振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)槽中的垂直向上加速度分量達(dá)到 g后，以槽體 9 的速度脫離輸送槽，其拋擲的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中只有地球引力的作用，并且物料再次與槽體接觸時(shí)只會(huì)引起塑性沖擊，因此水平輸送的理論輸送速度 為 ： 2 cot152gnv f? ? ? (m/s)