振動給料機的研究與發(fā)展趨勢分析
本文著重對振動給料機的發(fā)展歷程、應用效果,特別是研究現(xiàn)狀等方面加以綜述,并對振動給料機的研究發(fā)展趨勢提出前瞻波狀擋邊輸送機性的展望。
1&n煤粉輸送系統(tǒng)bsp; 前言
&nXZS系列旋轉篩bsp; 眾所周知,振動給電機振動輸送機料機是一種在選礦作業(yè)、人工砂石線、選煤等行業(yè)中廣泛應用的給料設備??v觀其發(fā)展歷程,先后經歷了電磁振動、電機振動、機械振動三個發(fā)展階段。振動給料機在冶金、煤炭、電力、化工、建材、輕工和糧食等行業(yè)中廣泛應用,可與其他設備配套,實現(xiàn)給料、喂料、配料、定量包裝和流程自動化作業(yè)。在礦山選礦工藝中,與選礦設備配套使用,主要用在溜井放礦、轉載裝車、選礦破碎給料作業(yè);在煤礦作業(yè)流程中,可用在井下轉載,箕斗下轉載,原煤倉下配煤、精煤倉下裝車和洗選機均勻給料等作業(yè);在水泥及混凝土加氣塊設備生產線中,可用于混凝土攪拌站水泥的給料;本微型螺旋給料機文著重對振動給料機的發(fā)展歷程、應用效果,特別是研究現(xiàn)狀等方面加以綜述,并對振動給料機的研究發(fā)展趨勢提出前瞻性的展望。
電機振動給圓錐機料機
2&nbs篩分設備p; 振動給料機的發(fā)展沿革
&nbFQ系列不銹鋼輸送機sp; 20世紀50年代初,由連桿及偏心軸傳動的K型機械式往復給料機廣泛運用在礦井生產中,特別是煤礦井下。該機型結構簡單,動力消耗較大,設備笨重,處理量小且成間接成堆式不均勻給料。但該機型維修量小、耐用,布置所需高度低,且對物料的粒度組成、外在水分等物理性質要求不嚴。隨著礦井機械化程度的提高,這種振動給料機已無法滿足生產的需要。
進人20世紀60年代,隨著生產技術的發(fā)展,通過引入國外先進設備,出現(xiàn)了電磁振動給料機,并迅速得到廣泛應用。電磁振動給煤機屬于雙質體共振型,其相對于K型給煤機具有處理能力大、結構緊湊、重量輕、可無極調速以及電耗少等特點,在全國得到推廣,頗受用戶歡迎。然而,經過使用發(fā)現(xiàn)電磁振動給料機故障較多,如銜鐵損壞,無振幅不走料,板彈簧斷裂,板彈簧頂緊螺栓松動,鐵芯與銜鐵間氣隙的大小以及板彈簧片數(shù)調整不當,易造成電流加大、振幅減小和不能正常運轉,嚴重者將產生鐵芯碰撞而導致鐵芯和線圈的損壞;工作時噪聲大,不宜輸送極細的或潮濕的粘性粉狀物以及輸送距離短。這一系列問題限制了電磁振動給料機的進振動粉碎機一步發(fā)展。
環(huán)錘破 20世紀80年代中期,開始生產電機振動給料機(GZG,MZG型),GZG型電機振動給料機是以振動電機為激振源,根據(jù)雙電機自同步原理而設計,該機型盡管存在著電機易壞、槽體振裂、維修工作量大等問題,但經過諸多實踐案例應用,證明其性能優(yōu)于電磁振動給料機。
GZD型慣性機械振動型振動給料機是在上述背景下于20世紀80年代末研制發(fā)展起來的,GZD型振動給料機引用國外的先進技術,通過撓性連接將激振器與普通電機相連接,電機只傳動不參振,運轉可靠,維修工作量小,給料通暢,對運輸物料的水分和粘度的適應性強,不粘物,槽底還可加鋪耐磨襯板。但是此種振動給料螺旋洗砂機機噪音大,漏油嚴重,給料量調整困難,基于以上缺點,設計出現(xiàn)了一種由兩臺電機同時分別驅動兩根偏心軸的慣性振動給料機,這種振動給料機由兩臺電機控制同步運轉,兩軸間無齒輪傳動,減小了噪聲,潤滑方便。XJG型慣性共振式振動給料機是繼往復式給煤機、電磁振動給料機、自同步慣性振動給料機之后,綜合其優(yōu)缺點,參考了國外近期使用和引進的設備,研制成的又一種新型給料設備,也是中國首次開發(fā)的新產品,其受力狀態(tài)較好,動力消耗小,噪聲低,開停機平穩(wěn)。
20世紀80年代末90年代初,根據(jù)現(xiàn)場使用需要,各種新型振動給料機應運而生。芬蘭Rox—on公司(前稱kone Kunming Gravel Equipment工程公司)設計制造了一種將重型板式喂料機與篩分機有效結合在一起的、結•構形式新穎的棒條振動給料機,具有篩分、輸送雙功能,適用于選礦、建材和化學等工業(yè)部門,特別適用于黑色、有色金屬礦石、建筑石料粗碎前的給料;意大利OR網帶輸送機U公司生產的用于現(xiàn)場制備混凝土加氣塊的Autoforcula1040型等混凝土攪拌站,采用了以電機為動力的篦形振動給料機,該種給料機用于凝土攪拌站水泥的給料;濟南某所制造了一種多層槽振動給料機,將槽體分成上、下兩層或多層空間,可提高料槽工作面對物料的速度傳遞效率,提高生產率。
3&nbs電機振動給料機p; 振動給料機的研究現(xiàn)狀
電磁振動給料熱礦篩機結構圖
在中國振動給料機的發(fā)展歷程中,研究主要集中破碎機在以下幾個方面。
3.1關于物料結合狀態(tài)的研究
振動給料機在輸送物料時的振動參數(shù)受被輸送物料的影響,物料主要影響給料機的參振質量和阻尼,物料結合系數(shù)與阻尼系數(shù)的確定在振動給料機的設計中占有較大比重。聞邦椿院士在這方面做了相關的研究,推導出了物料結合系數(shù)的計算公式,證明了理論計算的物料結合系數(shù)’基本上適合工程實際的情況。不同形式振動給料機的物料結合系數(shù)不同,國內外學者分別對工作面無傾角和有傾角的振動給料機系統(tǒng)進行了討論,分析結果表明:當工作面有傾角時物料結合系數(shù)比工作面無傾角時小;物料結合系數(shù)與阻尼系數(shù)隨著振幅的增大而減小,其中物料結合系數(shù)減小較快。對于單質體彈性連桿振動給料機,物料滑行輸送時,決定物料結合系數(shù)的主要因素是物料與槽體之間的摩擦系數(shù)和槽體傾角。
3.2關于系統(tǒng)運動學與動力學的研究
振動給料機機械系統(tǒng)的振動特性和動力學參數(shù)對給料效果有重要影響。振動給料機按機械系統(tǒng)結構的力學原理,主要分為單質體和雙質體兩大類,對工程中常用的振動給料機,大都采用單質體集中質量力學模型,構成單自由度線性振動系統(tǒng)。對于單電機振動給料機,通過理論研究,建立振動給料機的力學模型和運動微分方程,證明單電機立式安裝優(yōu)越于臥式,同時為避免槽體擺動給料機設計安裝時必須滿足一定的條件。對于雙軸(或)雙電機振動給料機,分為雙機豎置和雙機橫置兩種結構形式,目前對其振動理論以及動力學參數(shù)的研究日趨完善,在研究其擺振時,通過建立雙電機自同步振動給料機的三自由度力學模型,進行動力學分析,在此基礎上得出了機體不出現(xiàn)搖擺振動的條件。
在考慮既有粘性阻尼又有摩擦阻尼的情況下的振動給料機,對其建立力學模型和微分方程,可知粘性阻尼和摩擦阻尼對給料機的振幅有所影響…’;利用離散元方法對顆粒在振動給料機中的運動過程進行數(shù)值研究,發(fā)現(xiàn)振動給料機中顆粒運動隨振動參數(shù)變化而變化;對多軸振動給料機的研究,分析出了其最大給料速度和極限速度;對振動給料機進行實測研究,得到了給料機的激振力、傾角、振動方向角和人料口厚度與生產率及電參數(shù)的關系,并找到了各參數(shù)之間的最優(yōu)組合。此外對振動給料機進行優(yōu)化設計及運動仿真,對部件進行參數(shù)化設計、裝配及結構分析也都取得了一定的成果。
3.3關于振動給料機給料槽強度的研究
在多年的研究中,一個重要的課題是解決振動給料機結構強度,這是發(fā)展大型振動給料機、提高給料量的關鍵。在振動給料機各種零部件中,激振器不是最重要的,反而是給料槽最重要,為什么這么說呢?因為在激振力交變載荷作用下,給料槽最常見的損壞就是側板和橫梁的疲勞斷裂。其原因主要為應力過大、應力集中、存在高次應力諧波,如果廠商研發(fā)能力有限,材料選擇不合理、設備設計的結構形式不合理、斷面形狀和尺寸厚度等選擇不恰當,則很容易造成這個問題。另外側板與橫梁的聯(lián)接方式、振動電機的安裝位置等對結構強度也有較大的影響。對整個給料槽動強度研究所采用的主要方法是彈性力學有限元的分析方法。在對給料槽側板的分析中除利用有限元方法外,也采用模態(tài)綜合分析技術計算前4—8階模態(tài)。研究表明,當某一階固有頻率與工頻接近時,側板的相對扭曲變形明顯增大,因而與工頻接近的模態(tài)及其陣型對其動強度的影響應當加以重視。
3.4關于振動給料機給料自動控制的研究
振動給料機給料的準確控制直接影響到生產的效益與質量,采用單片機可控制電磁振動給料機均勻給料,具有結構簡單,易于調節(jié),工作穩(wěn)定和遠距離微機控制等特點,可實現(xiàn)生產流程的集中控制和自動控制。文獻提出了對慣性給料機的振動電機轉速的PID控制策略,并進行了仿真研究。文獻介紹了一種通過SSR來完成調速控制的新方法,已在多種類型的定量秤和配料秤中使用。經實踐證明,該控制方法具有工作可靠、壽命長、無噪聲、開關速度快和抗干擾能力強等優(yōu)點。國內從20世紀80年代初已有變頻調速技術的應用,使用變頻調速器,可以對電機實施軟啟動及制動,保護電機,也可以連續(xù)調節(jié)電機振動頻率,改變輸料量,在焦家金礦和銅坑拋廢工程以及大型火電廠自動輸煤系統(tǒng)應用中均取得了很好的效果。此外通過半波能耗制動,可有效地消除振動給料機的余振導致多給料引起原燃料消耗的增加,提高給料的精確度。
3.5關于隔振效果的研究
目前振動給料機主要有吊掛式和支座式兩種安裝方式,選擇哪種安裝方式要根據(jù)給料機的安裝環(huán)境、振動程度以及給料要求等因素綜合考慮。需要對振動給料機的隔振彈簧剛度和彈簧的位置進行計算或采用優(yōu)化設計的方法對振動給料機隔振參數(shù)進行優(yōu)化計算,以確定彈簧參數(shù)。另有文獻介紹振動給料機的一次隔振和二次隔振系統(tǒng)隔振參數(shù)的計算方法和設計參數(shù)的選取,對振動給料機的隔振理論進行了詳細的分析,該設計方法在許多選礦設備案例和砂石設備應用中得到有力的證實。此外采用混合隔振技術,選取合適的主動控制反饋變量和反饋增益,可以使系統(tǒng)處于最佳工作效率狀態(tài)。
3.6關于反共振原理的研究
振動給料機是利用振動來完成物料輸送的機械,現(xiàn)有振動輸送機種類較多,但是它們的激振電機一般都直接參與振動,這樣不但振動電機的使用壽命縮短,而且振動質量也較大,耗能多。采用雙自由度反共振原理設計出新型的反共振振動給料機能使電動機不振動,而振動卻通過彈簧傳到振動料槽,達到振動給料的目的;采用多自由度的反共振原理,對電磁振動給料機作改進,電磁鐵間的振幅不用很大就能使料槽產生較大的振動,增大了電磁鐵的穩(wěn)定性,具有很好的隔振效果。
3.7關于自同步理論的研究
從20世紀80年代初就進行了關于振動給料機的自同步理論研究,目前只有在雙電機振動給料機和雙軸機械式振動給料機上應用。通過建立雙電機自同步振動給料機的力學模型,進行動力學分析,研究得出了振動給料機同步性判據(jù)和穩(wěn)定性判據(jù)的計算公式;研究采用普通雙電機把自同步理論實際運用到給料機上,由電機撓性驅動裝在給料機上的反向旋轉偏心軸作用下實現(xiàn)直線振動,電機不參振,大大提高了給料機的可靠性和使用壽命。
3.8關于噪聲的分析與控制研究
據(jù)專家大樣本測定,振動給料機的噪聲大都在70dB以上,分析其噪聲來源,主要有振動電機轉動部分的不平衡,機體各相對運動件之間的相對運動,給料機橫梁、側板等鋼制構件的彈性振動,物料對給料槽底板的沖擊以及螺旋彈簧的振動碰撞等。對振動給料機噪聲頻譜分析表明,當激振器頻率與料槽彈性振動的某一階固有頻率相近時,將引起料槽彈性體的強烈振動和噪聲。在已有的研究中提出的降噪措施主要有采用小尺寸高精度的軸承,從而減緩內外圈與滾動體之間的撞擊;對給料槽橫梁和側板采用適宜剛度以減小彈性振動引起的聲輻射。多采用橡膠等非金屬材料,如橡膠復合彈簧和撓性連軸器等以減少鋼制件的直接撞擊,以及采用吸聲法來降低噪聲。
4國內振動給料機的發(fā)展趨勢
工業(yè)的發(fā)展對振動給料機的品種和質量要求愈來愈高,從而使振動給料機的發(fā)展提高到了一個新的階段。綜合國內外振動給料機的應用狀況,以及以上各類給料機的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀,總結出國內振動給料機的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面:
1)提高元部件性能和可靠性,降低維護量,設備開機率的高低主要取決于元部件的性能和可靠性。振動機械的新技術和新產品的開發(fā)和應用,仍是非常值得重視的問題。如高性能可控軟啟動技術、動態(tài)分析與監(jiān)控技術等,使給料機性能得到進一步提高。新材料新工藝的采用,特別是高性能材料的采用方面要進一步研究,以減輕振動機械的重量,提高其產品的質量,采用非金屬元部件,如橡膠彈簧、復合彈簧以及玻璃板簧等,大大提高振動機械的運轉穩(wěn)定性。
2)振動給料機有向大型化方向發(fā)展的可能性,但在一段時期內,將重點研究和研制結構新穎受力狀態(tài)良好的振動給料機,突破傳統(tǒng)振動給料機結構的設計模式。由于經濟發(fā)展的需要,將迫使人們研制較大型振動給料機,以提高處理能力,適應高產高效集約化生產需要,但是大型振動給料機的發(fā)展,尚需在結構強度方面進行更深入的探討,以提高其運轉的可靠性。
3)向標準化、系列化、通用化發(fā)展。這是便于設計、組織專業(yè)化生產、保證質量和降低成本的途徑。向高效率高產量化發(fā)展,工業(yè)的現(xiàn)代化進程促使企業(yè)規(guī)模增大、生產能力大大提高,需要高效高產能給料機與之配套,促使企業(yè)開發(fā)與其他設備配套的專用振動給料機,以滿足生產給料要求。
4)不斷改進振動給料機的控制、調節(jié)性能,使振動給料機始終保持高效的工作狀態(tài)。料槽角度可調以適應處理量的要求,振動形式可調以適應不同物料和給料效率的要求,其中激振器的研究應該是一個發(fā)展方向。
5)降低動力消耗,減小噪聲,達到更加環(huán)保和人性化設計。這也符合國家“十二五”發(fā)展綱要中的相關精神。
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