振动给料机的研究与发展趋势-上章
摘要:通过对振动给料机发展历程的描述,指出了各种振动给料机的特点以及应用中存在的主要问题,对近年来应用的振动给料机的主要性能、结构特点以及发展应用作了总结,探讨了国内振动给料机的研究现状,并对振动给料机的发展趋势提出看法。
1 前言
振动给料机是一种广泛应用的给料设备,先后经历了电磁振动、电机振动、机械振动的发展过程。广泛应用在冶金、煤炭、电力、化工、建材、轻工和粮食等行业中,与其他设备配套,实现给料、喂料、配料、定量包装和流程自动化作业。在冶金矿山,主要用在溜井放矿、转载装车、选矿破碎给料作业;在煤矿,主要用在井下转载,箕斗下转载,原煤仓下配煤、精煤仓下装车和洗选机均匀给料等作业;包装行业,主要用于定量包装秤给料机构和定量包装系统;在水泥生产中,用于混凝土搅拌站水泥的给料;在化工行业,主要用于为化肥生产定量给料。本文只对振动给料机的发展历程、应用效果,特别是研究现状等方面加以综述,并对振动给料机的研究发展趋势提出自己的看法。
2 振动给料机的发展沿革20世纪50年代初,由连杆及偏心轴传动的K型机械式往复给料机广泛运用在矿井生产中,特别是煤矿井下。该机型结构简单,动力消耗较大,设备笨重,处理量小且成间接成堆式不均匀给料。但该机型维修量小、耐用,布置所需高度低,且对物料的粒度组成、外在水分等物理性质要求不严。随着矿井机械化程度的提高,这种振动给料机已无法满足生产的需要。
进入20世纪60年代,随着生产技术的发展,通过引入国外先进设备,出现了电磁振动给料机,并迅速得到广泛应用。电磁振动给煤机属于双质体共振型,其相对于K型给煤机具有处理能力大、结构紧凑、重量轻、可无极调速以及电耗少等特点,在全国得到推广,颇受用户欢迎。然而,经过使用发现电磁振动给料机故障较多,如衔铁损坏,无振幅不走料,板弹簧断裂,板弹簧顶紧螺栓松动,铁芯与衔铁间气隙的大小以及板弹簧片数调整不当,易造成电流加大、振幅减小和不能正常运转,严重者将产生铁芯碰撞而导致铁芯和线圈的损坏[2~7];工作时噪声大,不宜输送极细的或潮湿的粘性粉状物以及输送距离短。这一系列问题限制了电磁振动给料机的进一步发展。
20世纪80年代中期,中国开始生产电机振动给料机(GZG振动给料机, MZG振动给料机型),GZG型电机振动给料机是以振动电机为激振源,根据双电机自同步原理而设计,该机型尽管存在着电机易坏、槽体振裂、维修工作量大等问题,但经过实践应用,证明其性能优于电磁振动给料机。GZY型惯性机械振动型振动给料机是在上述背景下于20世纪80年代末研制发展起来的,GZY型振动给料机引用国外的先进技术,通过挠性连接将激振器与普通电机相连接,电机只传动不参振,运转可靠,维修工作量小,给料通畅,对运输物料的水分和粘度的适应性强,不粘物,槽底还可加铺耐磨衬板。
但是此种振动给料机噪音大,漏油严重,给料量调整困难,基于以上缺点,设计出现了一种由两台电机同时分别驱动两根偏心轴的惯性振动给料机,这种振动给料机由两台电机控制同步运转,两轴间无齿轮传动,减小了噪声,润滑方便。XJG型惯性共振式振动给料机是继往复式给煤机、电磁振动给料机、自同步惯性振动给料机之后,综合其优缺点,参考了国外近期使用和引进的设备,研制成的又一种新型给料设备,也是中国首次开发的新产品,其受力状态较好,动力消耗小,噪声低,开停机平稳。
20世纪80年代末90年代初,根据现场使用需要,各种新型振动给料机应运而生。芬兰Rox-on公司(前称kone工程公司)设计制造了一种将重型板式喂料机与筛分机有效结合在一起的、结构形式新颖的棒条振动给料机,具有筛分、输送双功能,适用于选矿、建材和化学等工业部门,特别适用于黑色、有色金属矿石、建筑石料粗碎前的给料;意大利ORU公司生产的用于现场制备混凝土的Autoforcula 1040型等混凝土搅拌站,采用了以电机为动力的篦形振动给料机,该种给料机用于凝土搅拌站水泥的给料[22];济南铸造锻压机械研究所制造了一种多层槽振动给料机,将槽体分成上、下两层或多层空间,可提高料槽工作面对物料的速度传递效率,提高生产率。
3 振动给料机的研究现状在中国振动给料机的发展历程中,对其研究主要集中在以下几个方面。
3.1 关于物料结合状态的研究振动给料机在输送物料时的振动参数受被输送物料的影响,物料主要影响给料机的参振质量和阻尼,物料结合系数与阻尼系数的确定在振动给料机的设计中占有较大比重。闻邦椿院士在这方面做了相关的研究,推导出了物料结合系数的计算公式,证明了理论计算的物料结合系数基本上适合工程实际的情况。
不同形式振动给料机的物料结合系数不同,国内外学者分别对工作面无倾角和有倾角的振动给料机系统进行了讨论,分析结果表明:当工作面有倾角时物料结合系数比工作面无倾角时小;物料结合系数与阻尼系数随着振幅的增大而减小,其中物料结合系数减小较快。对于单质体弹性连杆振动给料机,物料滑行输送时,决定物料结合系数的主要因素是物料与槽体之间的摩擦系数和槽体倾角。
3.2 关于系统运动学与动力学的研究振动给料机机械系统的振动特性和动力学参数对给料效果有重要影响。振动给料机按机械系统结构的力学原理,主要分为单质体和双质体两大类,对工程中常用的振动给料机,大都采用单质体集中质量力学模型,构成单自由度线性振动系统。
对于单电机振动给料机,通过理论研究,建立振动给料机的力学模型和运动微分方程,证明单电机立式安装优越于卧式,同时为避免槽体摆动给料机设计安装时必须满足一定的条件。对于双轴(或)双电机振动给料机,分为双机竖置和双机横置两种结构形式,目前对其振动理论以及动力学参数的研究日趋完善,在研究其摆振时,通过建立双电机自同步振动给料机的三自由度力学模型,进行动力学分析,在此基础上得出了机体不出现摇摆振动的条件。
在考虑既有粘性阻尼又有摩擦阻尼的情况下的振动给料机,对其建立力学模型和微分方程,可知粘性阻尼和摩擦阻尼对给料机的振幅有所影响;利用离散元方法对颗粒在振动给料机中的运动过程进行数值研究,发现振动给料机中颗粒运动随振动参数变化而变化;对多轴振动给料机的研究,分析出了其最大给料速度和极限速度[46];对振动给料机进行实测研究,得到了给料机的激振力、倾角、振动方向角和入料口厚度与生产率及电参数的关系,并找到了各参数之间的最优组合。此外对振动给料机进行优化设计及运动仿真,对部件进行参数化设计、装配及结构分析也都取得了一定的成果。
下一章我们将续振动给料机关于系统运动学与动力学之后谈到关于振动给料机给料槽强度的研究