【正文】 ......................................................................................... 25 3 遠距離 電磁振動給料機的設(shè)計 機電技術(shù)教育 吳建華 指導(dǎo)老師 李 慧 摘 要：本論文介紹了遠距離電磁振動給料機的分類、特點及其控制方式并簡要的說明了電磁振動給料機的發(fā)展與應(yīng)用。并重點設(shè)計電磁振動給料機的結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)，從機械指數(shù)、拋振指數(shù)、機械振動角、振幅和振動頻率等方面計算出適合電磁振動給料機輸送物料的最佳方案；從槽體結(jié)構(gòu)中的槽體長度、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) 。 關(guān)鍵詞：遠距離電磁振動給料機；激振器；槽體；共振 1 前言 一般 情況下，振動 是有害的 ， 應(yīng)該 避免。振動輸送機械 的 結(jié)構(gòu) 比較 簡單， 成本較低 ， 能傳輸 高溫的物料，且能實現(xiàn)均勻輸送物料 【 1】 。 在工業(yè)生產(chǎn)中， 振動給料機用 來傳輸 塊狀 和 顆粒狀 物料 ，均勻持續(xù)的輸送到 受料裝置 。 目前在礦產(chǎn)、煤料 、冶金、電力、化工、機械、糧食飼料等行業(yè)中 被大量的應(yīng)用 。一類是電磁式振動，電磁式振動器主要是由銜鐵、線圈、鐵芯、殼體、板彈簧等各部分組 成。另一類是電動式 振動 ，電動式激振器由永磁環(huán)、中心磁極和線圈組成，線圈是可動的，并且通有交流電，這一類主要應(yīng)用于電磁振動臺中。 通過 可控整流器來調(diào)整電 流，振動 頻率為 3000 次 /分。 交流激磁就是直接接通交流電，系統(tǒng)振動的頻率在每分鐘 6000 次，通常用于小型的，微型的振蕩器。振動頻率 3000 次 /分。 4 （ 2） 電磁力為非諧波形式的線性電振機。 （ 4） 彈性力為擬線性或非線性的電振機。 利用沖擊 的工作原理運行。 （ 2） 安裝和維修方便，沒有轉(zhuǎn)動的部件，因此不需要潤滑油，保養(yǎng)費較低。 （ 4）電磁振動給料機能定時定量的輸送物料，能在規(guī)定的時間內(nèi)送物料，免去人親自給物料，省時省力，節(jié)約生產(chǎn)成本。 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 。 因此，改變電壓和匝數(shù)能改變振幅。 該方法的調(diào)節(jié)范圍比較大，容易實現(xiàn)工程上的自動控制，因此被大量的使用。 但由于這種方式很難實現(xiàn)，很少被運用。 電磁振動給料機一般由料槽、支架、電磁激振器和控制系統(tǒng) 組成 。 其中各部分的作用是 ： （ 1） 槽體：輸送物料的主體。 5 （ 3）板彈簧： 板彈簧 用來儲蓄能量 ，彈簧板中部用螺栓夾在聯(lián)結(jié)叉中，機殼的兩端都 用一個螺栓夾緊，這樣就構(gòu)成了機器的彈性系統(tǒng)，從而形成了振動系統(tǒng)。 （ 5） 激振器殼體： 用來放置鐵芯和彈簧 。 圖 1 給料機示意圖 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。由機械振動諧振原理可以知道，電磁振動給料機的固有頻率與電磁激振頻率 w 相近時，它們的比值0 0 .8 5 ~ 0 .9 5z ? ???，電磁振動給料機在臨界共振下工作運行，所以電磁振動給料機具有工作平穩(wěn)，功率消耗小的特點。這樣一吸一推，使料槽產(chǎn)生了伴隨著直動或扭動的上下垂直振 動。 圖 3 電壓和電磁力變化示意圖 設(shè)計的 基本參數(shù)： (1)運送的物料 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)時間：連續(xù)運行 12 小時 (5)工頻： 50Hz 7 (6)槽體的傾角： 0176。 (12)振幅： 電磁振動器參數(shù) 電磁振動器 利用了共振的原理 ， 構(gòu)成了一個雙質(zhì)點的彈性系統(tǒng) ，系統(tǒng)能以較小的功率消耗產(chǎn)生較大的機械輸送能力。 動力系數(shù) 的選擇和計算 電磁振動給料機的動力系數(shù) k 主要受到 2 個方面的的限制，分別是機械零件強度和零件結(jié)構(gòu)的剛度限制。一般來說，動力系數(shù) k =。振動的頻率 f =50Hz，與之對應(yīng)的振動幅度 1a =。 由計算公式 22 2 2 314 4 3 . 1 4 5 0 0 . 7 8 9 1 09 . 8fak g??? ? ? ??? （ 1） ? 公式中： f 振動頻率， Hz 1a 振動幅度， m g 重力加速度， 2/ms k 動力系數(shù) 可見動力系數(shù) k 的值在 的范圍內(nèi)，所以取值合理。 正確的 選擇振動方向角 有效的 可以提高 8 機器的 輸送效率。理論上 可以 從最大 傳輸速度出發(fā)， 確定一個 與 動力系數(shù) 相對應(yīng)振動方向角，但 實際傳輸中，影響傳輸速度的原因有很多 ， 所以只能選擇一個大概的范圍 ，一般 β =25~35176。；當 K=7~10時， ? =15~30176。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】 。 物料拋擲指數(shù) 拋擲指數(shù) D 是表征物料拋擲運動特性的量，用振動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表示。 對于大多數(shù)長距離大產(chǎn)量的振動輸送機，拋料指數(shù)通常為 D =～ ；對于電磁振動給料機，由于長度較短，為了獲得較大的輸送速度，拋料指數(shù)的選擇范圍為 D =～ 。振動給料機采用中速拋擲狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，振動輸送效率較高，能耗少，對機體強度和剛度要求不太高。當 D≤1 時，物料在料槽上的運動為滑行運動而不是拋擲運動；當 D＞ 1，物料在料槽上的運動狀態(tài)是拋擲運動。 由計算可知，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。 輸送的物料顆粒在電磁振動給料機的振動槽中的垂直向上加速度分量達到 g后，以槽體 9 的速度脫離輸送槽，其拋擲的運動過程中只有地球引力的作用，并且物料再次與槽體接觸時只會引起塑性沖擊，因此水平輸送的理論輸送速度 為 ： 2 cot152gnv f? ? ? (m/s) （ 3） 9. 8 0. 9 0. 9 c ot 152 50?? ? ? ? ? 公式中 g 重力加速度 (m/ 2s ) f 激振器振動頻率 (Hz) ? 振動方向角 (176。 (上式中 n 取 ) 公式中的 n 是物料的拋擲時間和振蕩的周期之比， asttn t?? n 與 D 具有下述隱函數(shù)關(guān)系： 222c o s 2 2 1 12 s i n 2nnD ????????????? （ 4） 當 D= 時，拋擲時間 t 即等于振動周期 1f。其中，振蕩方向角越大，物料的拋擲指數(shù)也就越大。系數(shù) n 也就變大，振蕩方向角變 ? 小時，則物料拋得幅度就較平，并且向?qū)τ趻伭显趻仈S的時間，物料在輸料槽里的停留時間就比較長。不同的動力系數(shù)都有一個最適合的振動方向角 ? 。 電磁振動給料機的力學(xué)模型 電磁振動給料機的結(jié)構(gòu)可簡化為一個雙自由度雙質(zhì)體的振動系統(tǒng)，其力學(xué)模 型 [7]如圖 4所示。質(zhì)量 2m為后質(zhì)量，包括殼體、鐵芯、線圈和主振彈簧折算質(zhì)量部分 以及配重 。 相對阻尼力 大小相等，方向相反，被消耗在彈性系統(tǒng)上 。彈性元件的變形速度 和內(nèi)阻力 成比例，質(zhì)體的運動速度 和外阻力 成比例。 ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?1 1 1 1 1 2 1 22 2 2 2 1 2 2 2sinsinm x f x f x x k x x F tm x f x f x x k x x F t????? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 6） 圖 4 給料機力學(xué)模型 式中 1m , 2m —— 質(zhì)體 質(zhì)體 2 的質(zhì)量 (kg )； 1f , 2f —— 質(zhì)體 質(zhì)體 2 的阻尼系數(shù)； f —— 質(zhì)體 質(zhì)體 2 之間的相對阻尼系數(shù) 1x 、 1x 、 2x 、 2x 、 2x 、 2x —— 分別為質(zhì)體 質(zhì)體 2 在振動方向上的位移、速度和加速度； F —— 激振力幅 (N)； ? —— 角頻率 (rad/s)； t —— 時間 (s)； ? —— 初始相位角（ ? ） 振動給料機的動力學(xué)計算 由原始數(shù)據(jù)和前面章節(jié)的計算推得，電磁振動給料機的給料量為 30t/h，振動頻率 11 ? =314rad/s，調(diào)諧指數(shù) z=，其動力參數(shù)計算如下： 初步分配質(zhì)量比 前質(zhì)量 1m ， 由 給料槽、給料槽物料的結(jié)合質(zhì)量、聯(lián)接叉、銜鐵、主振彈簧折算質(zhì)量等幾部分 組成 。 由已知質(zhì)量比 12: ? 可以確定主振彈簧采用板彈簧或剪切型橡膠彈簧，此次設(shè)計采用板彈簧。 求 1m 和 2m 振幅 在振動方向上，由于 k1是遠遠小于 k2的，因此可以 忽略 k2對系統(tǒng)的 影響。 1 1 2 2 0f x f x?? （ 10） 則式 (9)可寫成： 1 1 2 2 0m x m x?? （ 11） 當強迫振動 彈性 系統(tǒng)滿足式 (10)和式 (11)時 ， 易知 ： 2 1 21 2 1x f mx f m? ? ? ? （ 12） 電磁振動給料機的質(zhì)量與振幅成反比，即： 1221am?? （ 13） 公式中 1a 、 2a —— 分別為質(zhì)體 1 和質(zhì)體 2 的振幅。 ? ?12 1 .5A a a m m? ? ? 可得出： ? ?mma ? ? ?mma ? 12 計算質(zhì)量 m 雙質(zhì)體振動系統(tǒng)振動時，在彈簧上有一點處于 極致 ，這一點稱為震動系統(tǒng)的惰性中心，它隨兩個質(zhì)量比的不同而處于不同位置。當 10: 21 ?mm時，惰性中心接近 1m 處。 公 式 (11)可以簡化為單質(zhì)量的強迫振動系統(tǒng)，其方程為： )s i n (1... ?? ????? tmFxmkxm cfx （ 14） 12221111 mmfmmfc???? （ 15） 1212mmm mm? ?