对惯性式振动输送系统停机摇晃及跳离的改进

史焕义（天津市河北区日光里，天津　300142）

对惯性式振动输送系统停机摇晃及跳离的改进

史焕义
（天津市河北区日光里，天津300142）

针对惯性式振动输送系统存在的停机摇晃、跳离现象，用改进后的两端锚固的圆柱螺旋弹簧支承惯性式振动输送系统，消除了停机跳离现象。导向钢板弹簧防止了停机不规则摇晃，激振力通过质体重心和去掉振动电机多余配电，改善系统的受力状态。

摇晃；跳离；锚固；导向

1　铸造用完成振动输送功能的振动设备的结构现状

现在，在铸造行业中，振动输送功能由与水平成α角，一定振幅的线性振动完成。常见的结构有三种：单质体惯性式振动输送系统、单质体弹性连杆振动输送机和双质体弹性连杆输送机。

1.1单质体惯性式振动输送系统及应用

该系统采用两个振动电机驱动，采用6级电机，振动频率为960次/min；采用过共振模式，频率比λ=3～5；振幅一般不大于3.5 mm，振幅可调；停机有摇晃、跳离现象；结构简单；可承受较大落料冲击；槽体受力大，槽体刚体要求高，长度一般不大于6 m.利用该系统的振动设备有：振动输送落砂机（浇注、冷却后砂型用）、长度在6 m之内的振动输送机、S45系列筛砂机和振动沸腾砂冷却机。

1.2单质体弹性连杆振动输送机

该机采用共振模式；振动频率为：400次/min～600次/min；振幅不大于15 mm；振幅不可调；停机平稳；动力消耗小；槽体受力小，刚度要求低；适于6 m ～30 m长距离输送；采用钢板弹簧导向；不能承受较大的落料冲击，适宜重量较小的浇注、冷却后砂型的输送。

1.3双质体弹性连杆振动输送机

该机输送落料冲击较大的砂型。导向摇臂即要有足够的承受落料冲击的强度，两端又要设置橡胶缓冲垫。槽体要承受落料冲击。为了吸收落料冲击，底架要有足够的重量，约为槽体重量的2.5倍，所以整体重量大。底架与基础之间的支承弹簧组成惯性式振动系统；由于来自弹性连杆振动系统的激振力小，工作振幅小；停机过程中振幅有放大，尚可接受。

在以上三种振动输送机中，单质体惯性式振动结构应用较多。

2　支承惯性式振动系统的弹簧及停机状态

单质体惯性式振动系统采用两端无锚固的标准的圆柱螺旋弹簧支承振动质体时，在停机过程中，会在共振频率时发生振幅放大；更低频率时发生质体幅度较大的不规则摇晃和跳离。S45系列筛砂机表现尤为突出。为了改善停机时振幅放大、摇晃和跳离现象，出现了橡胶弹簧和橡胶包圆钢的复合弹簧。由于橡胶的变形阻尼比钢大，在振动系统停机过程中，橡胶弹簧和复合弹簧支承的质体的振幅放大系数较钢弹簧小；摇晃、跳离幅度也有所减小，但仍然存在；停机过程也有所缩短。这两种弹簧价格较钢弹簧高。

3　单质体惯性式振动系统停机过程中，振幅放大、摇晃和跳离原因分析

3.1通过共振频率时，振幅放大

单质体惯性式振动输送系统均采用过共振模式，在停机过程中，减速并通过线性振动的共振频率时，振幅放大。当放大的振幅大于支承弹簧在质体重量作用下的静变形时，若弹簧与质体之间无锚固，就会发生质体与弹簧端面的分离——跳离现象。

3.2激振力偏离质体重心

单质体惯性式振动输送系统需要的是线性振动，所以希望激振力通过质体重心。但是由于结构上的原因，经常出现不能保证激振力通过质体重心的现象。如果激振力偏离了质体重心，除了会激发质体的线性振动外，还会激发扭转振动。在系统起动、工作状态时，扭转振动对系统状态的影响并不明显；但在停机过程中，通过扭转振动的共振频率时，出现放大的扭转振幅；质体表现为前、后摇晃。

3.3停机至低转速，两电机追逐自平衡作用消失

停机断电后，振动电机由于配重的转动惯性，继续转动；在机械摩擦阻力和系统阻尼的作用下，逐渐减速；质体振动表现出频率逐渐降低，振幅逐渐加大。通过共振频率后，电机转速至很低时，两个振动电机的转速会出现ω1≠-ω2，两电机追逐自平衡作用消失；质体表现出较大幅度的不规则摇晃；幅度可达60 mm，甚至更大，严重跳离。比共振点时的振幅更大，更不平稳。

4　对单质体惯性式振动输送系统停机摇晃、跳离的改进

4.1激振力尽可能通过质体重心

单质体惯性式振动系统的激振力要尽可能指向质体重心，以获得需要的线性振动。避免因激振力指向偏离质体重心而引发扭转振动，并在停机通过扭转共振频率时，振幅放大导致质体前后摇晃、跳离。

4.2锚固圈的改进

采用两端锚固的圆柱螺旋弹簧支承惯性式振动系统，理论上可以防止系统在停机过程中出现跳离现象。现实的两端锚固的圆柱螺旋弹簧只用来支承弹性连杆振动系统，是因为该系统采用共振模式，振幅一般不大于15 mm，停机过程振幅无放大，很平稳。此时的弹簧的变形、负荷均较小。弹簧锚固圈内径按“圆钢弯小钩——D=2d”或“圆钢弯钩环D=d～2d”标准弯曲。使用安全、可靠。

而单质体惯性振动系统，采用过共振模式，停机时，通过共振频率时振幅放大，特别是更低转速时，出现幅度更大的不规则摇晃、跳离，幅度可达60 mm，甚至更大。如果采用支承弹性连杆振动系统的两端锚固的圆柱螺旋弹簧来支承惯性式振动系统时弹簧不能承受约60 mm的较大变形，首先在锚固圈与过渡圈的联结处发生折断。原因是：弹簧锚固圈内径小于“圆柱螺旋弹簧计算表”的允许的最小内径；也就是不能做为弹簧的一部分来使用，来承受弹簧传递来的计算表许用的变形、负荷。表1为三种标准圆钢弯曲内径比较表（常用4种）。

表1　三种标准圆钢弯曲内径比较表（常用4种）

为了保证两端锚固的圆柱螺旋弹簧支承惯性式振动系统时，在停机过程中安全可靠，要按其在停机过程中的最大变形来核算其有效圈，锚固圈及联结二者的过渡圈，确保其变形量务必在“圆柱螺旋弹簧计算表”的允许范围之内。另外，改进后的锚固圈内径加大了，有效圈的中径、圈数也要相应调整；以弹簧变形时，不发生干涉为准。

图1和图2这两种圆柱螺旋弹簧锚固结构图，分别用于弹性连杆振动系统和惯性式振动系统。

图1　只用于弹性连杆振动系统

图2　可用于惯性式振动系统

4.3锚固方式的改进

改进前的弹簧的锚固方式，如图1：压套放在锚固圈内；螺栓穿过压套的中心孔后，再穿过底架（或槽体）的安装孔，与螺母、平垫、弹簧垫联结并拧紧。从而通过压套把锚固圈压紧在底架（或槽体）上。这样的压紧方式，由于压紧面积小，长期使用，有锚固松动现象，影响正常振动。

改进后的弹簧的锚固方式，如图2：带有中心螺孔的心轴焊在底架（或槽体）上；弹簧的锚固圈套装在心轴上；螺栓穿过弹簧垫、平垫后，再穿过压板的中心孔；拧入心轴的中心螺孔并拧紧。压板和心轴完成了锚固圈的定位。由于此结构不需要紧固螺母，也就不需要在底架（或槽体）上留出紧固螺母空间。由于心轴牢固，压紧面积大，长期使用无松动。

4.4用导向摇杆限制停机不规则摇晃

在输送连续加入的散料（落料冲击较小）的单质惯性式振动输送系统的两侧，在与振动方向垂直方向上，安装导向钢板弹簧。可以限制振动系统停机时不规则摇晃的出现。

4.5去掉振动电机多余的配重

整机试车并确定激振力后，去掉振动电机多余的配重。这样做，即可以使电机启动更轻松，也减小了停机不规则摇晃的幅度。

除了以上五点机械改进外，对电机的电气控制方面，停机时采用反接制动，大大缩短了停机过程。振幅放大，摇晃的时间短了，提高了停机的平稳性。控制好反接制动时间很重要。

5　改进后的使用效果

1996年，在大连某铸造厂的振动、沸腾砂干燥机上，采用了单质体惯性振动输送系统。由于砂干燥机的热风软联结用的水封槽不能承受停机不规则摇晃，为此，在槽体的两侧安装了导向钢板弹簧。在现场调试后，去掉了振动电机多余的配重。该机启动更轻快，停机无不规则摇晃，满足了使用要求。

2002年初，在天津某公司的球铁生产线上，用于浇注、冷却后砂型的输送机采用了单质体惯性式振动输送系统，使用了改进后的弹簧。输送机承受很大落料冲击，长期使用，安全、可靠。改进后的弹簧还用在青岛某铸机厂生产的S4512筛砂机和单质体弹性连杆振动输送机上，均获得良好效果。

6　建议

随着科学技术的发展，单质体弹性连杆振动输送机与单质体惯性式振动输送机相比，具有动力消耗小、槽体重量轻、停机平稳的优点。只是不能承受较大的落料冲击。因此建议：筛砂机和振动沸腾砂冷却机可以考虑采用单质体弹性连杆振动输送系统。

［1］史焕义.振动设备用的圆柱螺旋弹簧的改进［J］.铸造设备与工艺，2015（01）：12-13.

［2］史焕义.单质体惯性振动装置停机时摇摆过大问题的解决［J］.铸造设备与工艺，1998（04）：48-50.

TG233

A

1674-6694（2016）02-0006-03

10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.02.003

2015-12-15 作者简介：史焕义（1945-），男，高级工程师，主要从事铸造设备研究。