一種振動給料機的設計計算

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1、2001年第6期 鋼鐵技術 ? # ? —種振動給料機的設計計算 冶金設備室晁禮鋒 ［摘 要］振動輸送物料的技術已經得到廣泛應用，匸程沒計中常會遇到振動給料機的設計與計算。本 文擬對自同步振動給料機的設計計算作?簡單介紹。 ［關鍵詞］振動給料機拋擲運動設計與計算 2001年第6期 鋼鐵技術 ? # ? 2001年第6期 鋼鐵技術 ? 47 ? 圖2門同步振動給料機結構圖 1前言 在很多情況下,振動是有害的,但可以 利用其特性滿足生產上的某種要求，振動給 料機就是?例。目前振動機的型式有上百種 之多，在鋼慣行業(yè)高爐椚下原料系統(tǒng)中就大 最使川到振動

2、給料機。本文介紹種振動給 料機的設計計算，作為交流，不對之處，請 同行不吝指教。 2振動給料機的分類及工作原理 振動給料機按激振方式可分為，電磁式 振動給料機、H同步振動給料機及慣性共振 給料機.雖結構不同，卻都是由槽體、激振 器和減振器組成,如圖1,圖2,圖3。本文 攔要介紹自同步振動給料機的有關設計計 算。口同步振動給料機電機的偏心塊所產生 的慣性力在兩軸心連線方向上相互抵消，而 在兩軸心連線相垂育方向上吾加為激振力， 正是這種激振力使物料振動。 圖1電磁振動給料機結構圖 3自同步振動給料機的有關設計計算 出輸送易碎性物料或粉狀物料時，常采 用物料滑行方式，即物料始終與槽底

3、接觸， 槽體每振動-個周期，物料就滑行一段距離, 這樣槽體以?定頻率連續(xù)振動就町將物料輸 送上，但這樣槽體易受到磨損，肉此為輸送 破碎無特殊要求的物料時，采川拋擲運動方 式，即物料連續(xù)被榊體向前上方拋起，作拋 物線運動，然后落冋槽底，每拋起一次，前 進?段距離。這種方式的特點是槽體麟損較 輕，物料輸送速度較離。人多數(shù)振動給料機 采川拋擲運動方式。以下就拋擲運動的冇關 計算作大致介紹。 3.1拋擲運動的條件及拋擲指數(shù)的選取 由圖4可知,槽體沿某一傾斜方向作簡 諧振動，物料顆粒所受慣性力垂且于槽底方 向的分力md入sinb,物料顆粒巫力在槽底垂 直方向的分力Gcosao滿足： 圖3慣性共振

4、給料機結構圖 Gcosoo2m3‘九s inb 時,物料與槽底保持接觸,即: a>:/lsin(5 <1 geos a。 iS D = Go2%sin6/gcosao=KsinS/cos（xo K = GD：X/g 式中D：拋擲指數(shù)，即垂百于槽底方向 的振動加速度分量與a力加速度分量之 比； G：物體重最，（kg）； m：物體質最，（kg. s2/mm）； g：幣:力加速度，（g二9800 mm/s）； ao：槽體安裝傾角，（。）； 3:槽體振動圓頻率,（S1）; 入：槽體振幅，（mm）; S：振動方向角（椚體振動方向角與 權體底面的夾角）,（）; K：振動強度。

5、 DW1時,物料不可能被拋起。仍由圖4 可知,使物料顆粒沿x方向滑行的力P是平 行于槽底方向的慣性力分力與亜力分力Z 和，即: P=mGD2Xsin6sincp4Ccos（Xo 式中—Fo 式中F。：極限摩擦力,Fo=foN； fo：物料對椚體的靜摩擦系數(shù): N：正壓力, N = -mco2 Asin5 sinqj+Gcosao： “土”號代表靡擦力方向，正向滑動取 “一”,反向滑動取"+ ”。肖sin（p = 1時，P 為最大值,而F。為最小，即： 丹沁“。_<5） g smu.-監(jiān)） 式中山：物料對杷I底

6、的靜肆擦角" g sm（“。-監(jiān)） 設正向滑動指數(shù)為Dm,當D>1時，物料 可止向滑動。 當Sin|>=-1時，P為瑕大值，使物料出 現(xiàn)反向滑行的條件為： P<-Fo 即， G7：；lCOS（“o+5j gsme + a。） 設D,：反向滑行指數(shù)。Dt>l時，物料可 反向滑行。 綜合上述，可得到兩種滑動運動： 1） 當D<1, D>1, DV1時，只出現(xiàn)止 向滑動； 2） 當D<1, D>>1,幾>1時，在一個振 動周期內,將會出現(xiàn)正向和反向滑行兩種運 動狀態(tài)。 圖4槽體運動規(guī)律及物料受力分析 對-般振動機，正向滑動指數(shù)通常大于 反向滑行指數(shù)，所以物料雖然會有不

7、同程度 的反向滑行，但仍會向前滑動，對振動輸送機，通常希望只產生較大的正向滑行,常取 DV1、広=2 ?3、Dalo 由以上可知，當拋擲指數(shù)D>1時，即可 實現(xiàn)拋鄭運動。對大多數(shù)振動給料機,D= 1? 3.3,即槽體每振動?次，物料僅出現(xiàn)?次拋 擲運動，當D>3.3時，槽體振動好兒次，物 料才只出現(xiàn)?次拋擲運動。為減少能耗，提 高效率，根據椚體磨損情況，對振動給料機, 取 D=2 5 ?3. 3。 對振動給料機，除工藝需要作水平安 裝外，?般采用向下傾斜安裝，槽體傾角 a。10%左右下傾角為5。時比0。情 況下產帚可増大5%?10%,為10。時可増 大30%?40%,為15。時可增大 5

8、0 %?100%,但為避免槽體過渡磨損，般 取a 0=15?20。。對?定的振動強度K, 可求得?個最佳振動方向角X，以獲得仗 大平均速度，產生最大的產最。英關系如 圖5所示。對于慣性振動給料機，一般6 = 25 ?35 2001年第6期 鋼鐵技術 ? # ? 2001年第6期 鋼鐵技術 ? # ? 圖5最佳振動方向角與振動速度K的關系 2001年第6期 鋼鐵技術 ? # ? 2001年第6期 鋼鐵技術 ? 49 ? 3. 1.1振動次數(shù)n和振幅X的選擇與計算 當預定

9、入后， n=30 (Dgcosao/7i:Asin6) V2c/min (次/分)。 當預定n后， 九=(900Dgcosa<)/ n n: sin5)mmo 對口同步振動給料機，?般采用中頻中 幅,振動次數(shù)通常為700 c/min?1800 c/min, 振幅1 mm?10 mm。I大I為采用過大的振幅必 然要加大電機偏心塊的質帚:，而采用過高頻 率又會增加零部件的應力。 確迢好九和n后，要對振動強度K進行校 核： K=to%/g= (Jtn2X)/(900g) V [K] [K]：許用振動強度，一般為5?10。 3.1.2物料的理論平均速度、實際平均速 度、槽寬及椚體長度

10、的計算理論平均速度: t>Ff (D) f (%) 3九 cosS f (

11、5-1.6 ? “■”廿農示向匕輸送.“+”號袤示向卜輸送. 農2料層厚度影響系數(shù)Ch 物料層於度 薄料層 中卑料層 廳料層 G 0.9?1 0.8-0. 9 0.7-0.8 表3物料性質彩響系數(shù)G 物料件?質 顆粒狀干物料 顆粒狀濕物料 粉狀物料 C. 0.9-1 0.7-0.9 0.6-0.7 D 圖6無因次系數(shù)f■與拋擲指數(shù)D的關系 當給泄生產率Q后，槽寬B可由下式計 算： B=Q/3600h $ Y 式中Q：振動機的生產率(t/h)； B：槽寬(m)； h：料層平均厚度(m)； Y：松散物料密度(t/

12、ms)； BM(2?3)d, h=(l/3?1/4)B d：物料最大顆粒直徑(cm)o 椚卑的長度:Jt最小氏度La必須保證振 動給料機停機時物料不能從槽端溢出，U. 可由作圖法得出。 如圖7所示，假定排料閘門的開度為CB, 物料的安息角為由B點按物料安息角引 出的直線與由C點按排料傾角a引出的直線 相交于A點，則CA即最小槽體長度L~,實 際最小槽體長度應略大于圖解L~值。 圖7憎體的放小長度圖解衣 3.1.3振動給料機的動力學計算 振動給料機般采用彈費一次或二次隔 振，只有對隔振有特殊要求的振動給料機才 采用二次隔振。 3. 1.4隔振系統(tǒng)的頻率比：?次隔振Zo>2

13、. 5, 常取Zo=3?4,因為 Zo=3/g 二 3 (Znu/Zk J1/2 3.1.5隔振彈簧總剛度： Eky — (1/Zo*) ZlRiGD* 式中4:隔振系統(tǒng)的固有頻率，常用為 150 ?250min \ 3.1.6標準振動體的計算質量 m二m”+k?皿 i=l, 2 式中kTO：第i個振動質體的物料結合系 數(shù)，一般為0. 1?0.3。 m”：第i個振動質體的實際質量。 少 a)zA 151.84:x2.09xl0_, K = = = 4.9 g 9.8 nux：第i個振動質體的物料質帚。 3.1.7振動系統(tǒng)的零效阻尼系數(shù)及相位差 角 f=2mab=(

14、0. 1 ?0. 14) m3 3. 1. 8所需激振力幅及偏心塊的質最矩 Emo<:r= (k：~m3‘) %/cosa 式中：kFZksin:S； ?#? 鋼鐵技術 2001年第6期 ?51? 鋼鐵技術 2001年第6期 匕為折算到振動方向上的彈賞剛度。 兩臺電機毎臺的偏心塊質鼠矩： mo r=EmoGo2r/2(io2 3. 1.9所需電機功率 振動阻尼所耗功率：N：=f3,入/204 軸承摩擦所耗功率： Nm=SmOGD,rf4d1/204 式中珀：軸承摩擦系數(shù)，?般為0.005? 0. 007： di：軸承內徑,(m). 電機總功率：N=

15、(N:+N.) /r) 式中rp傳動效率,?般為0.95。 =2. 09 mm 収料層好度h二0.2 m,槽體寬度: Q _ 50 B= 一~— = — = 0.62km) 3600/1 uy 3600 x 0.2 x 0.25x0.45 噌體長度取3 m,則物料重:3X0. 62X 0.2X0. 45=0. 17t 5動力學計算 振動體質體總幣:最估計為1070 kgo 隔振系統(tǒng)的頻率比：2。=3?4。 隔振彈簧總剛度：Ek=(l/Zo：)mco:=(l/32 ?1/小1,取2000 kg/cm,采川4個彈簧，每 個彈贊剛度: 4計算實例 在本鋼5高爐大修工程榊下系

16、統(tǒng)冇大最 振動給料機，下面結合匸程實際對焦炭振動 給料機有關計算作一介紹。 1) 已知：焦炭松散密度7=0.45 t/ms, jkf50,產最 Q=50 t/ho 2) 運動學計算：工作面傾角ao = 10% 按圖5,當K=4時，磚30。。 輸送的物料為焦炭，屬磨損性強烈的物 料，采用拋擲運動方式，為減小槽體的購損, 應該使物料在槽體中停留時間與拋起時間Z 比盡量小,即增大拋擲指數(shù)D,取D=2.5； 用中頻振動方式，取n=1450 r/min,則 D=Ksin6=4. 9xsin=2. 45,再由圖 6, f (D) =0. 92 o 理論平均速度： Ui=f (D) (l+tgat

17、g8) co XcosS =0. 92x (l+tgl0tg30) X 151. 84 x0. 00209cos30=0. 28 c/s 由衣1?4可知，實際平均速度： $= YaCMuFl. 2X0. 8X0. 9X1 X0. 28=0. 25 m/s, = 1573.3?2797(kg/cm) k =》R/4 = 2000/4 = 500kg / cm 振動質體的訃算質最，物料結合系數(shù)k. 取 0? 2, m.= 170/980=0. 17 kg. s7cm m=m>+kja?= 1070/980+0. 2X0. 17 =1. 13 kg. s2/cm 振動系統(tǒng)等效

18、阻力系數(shù)： f=2m&>)b=0. 14m爐 0? 14X1. 13X 151. 81=24 kg. s/cm二2400 kg. s/cm 所需激振力幅及偏心塊質鼠矩： 折算到振動方向上的彈贊剛度： kFEksin：S=2000 sin30=500 kg/cm 相位差角： 叭 $3 a = arctg -~r = arctg r 1-Z； kz-HT 24x151.84 500-1.13x151.842 = 172* 2jni 60 2x^x1450 60 = 151.84 S 匕 90QDg cosao _ 900x 2.5 x 9.8x 1000x co

19、s 10e nhr sin J x 1450: x sin 30， 激振力幅：X=0. 209 cm ■ Emo2 = 5393/2x151.84: =0.12kg/s1

20、 2001年第6期 鋼鐵技術 ? # ? 振動阻尼所耗功率： Nz=fco2X7204=2400 X151. 842 XO. 002097204=1. 2 kW 軸承摩擦所耗功率：肌二加3三曲/204, 選為 Nz 的-半，即 NfO. 5 Nz=O. 6 kW 電機總功率：m 傳動效率取0. 95,則 N=l/r)(Nz+N.) = (l. 2+0. 6)/0. 95=1. 9 kW,兩臺 電機，每臺功率N>=0.5 N=1 kWo 6結語 振動給料機根據工況有不同的設計，計 算口然也就不?樣，本文僅就口同步振動給 料機冇關計卵作了人致的介紹，可

21、望能為今 后類以的設計計算提供參考。 參考文獻 1聞邦樁，劉鳳翹.振動機械的理論及應用.機械 工業(yè)出版社,1982 2聞邦林，劉風翹，劉杰等.報動篩、振動給料 機、振動運輸機的設計與調試?化學匸業(yè)出 t, 1989 3嚴允進?煉挾機械.冶金L業(yè)出版fl:, 1993 2001年第6期 鋼鐵技術 ? # ? 2001年第6期 鋼鐵技術 ? # ? 2001年第6期 鋼鐵技術 ? # ? 2001年第6期 鋼鐵技術 ? # ? (接54頁) 2001年第6期 鋼鐵技術 ? # ? 5張永權等.饑氮微介金化鋼筋的研究.新III級帆 氮文集，中國金屬學會，2000年2月 6忡鋼鋼筋研制組.低成本帆氮微合金化HRB100級 鋼筋的丄業(yè)性試制.新III級帆氮文集，中國金學會, 2000年2月 7中國金屈學會?人力發(fā)展低介金鋼，調林鋼材品種 結構.《鋼材品種結構調整》研討班教材，中國金屬 學會，1999年7月