CN101357364A

CN101357364A - 反共振振动筛

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Publication number: CN101357364A
Application number: CNA2008100124899A
Authority: CN
Inventors: 刘杰; 刘劲涛; 李允公; 戴丽
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Henan Jinte Technology Co ltd
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2028-07-25
Also published as: CN101357364B

Abstract

一种反共振振动筛，属于振动机械技术领域，它包括有：筛箱为上质体、激振体为下质体、主振弹簧、激振器、隔振弹簧、基础、电机等，筛箱上质体是反共振振动筛工作部分，激振体下质体是驱动部分，在激振体上装有激振器，筛箱和激振体之间通过主振弹簧相连，激振体通过隔振弹簧坐落在基础上，电机安装在电机架上，并通过传动轴与激振器相连，优点：反共振振动筛的筛箱上没有激振器，参振质量总共可以减少20－30％，激振力随之减小，电机功率也就减小了，有利于节能；主振弹簧沿筛箱侧板的走向分布，筛箱受力均匀，有利提高筛机寿命；激振器安装在下质体上，下质体几乎不振动，刚度和强度要求容易保证。整机噪声明显降低。

Description

反共振振动筛

技术领域

本发明涉及一种振动机械技术领域，适合于原煤分级、矿物的分级、烧结矿的分级、及其它各种散状物的分级使用。

背景技术

振动机械是利用振动来完成各种工艺过程的一大类机械设备，如振动输送机、振动筛、振动烘干机、振动压路机等，传统振动筛的种类很多，按用途划分有煤分级振动筛、矿石分级振动筛、冷矿筛、热矿筛等；按筛分原理划分有概率筛、等厚筛、概率等厚筛等；按驱动原理划分，有弹性连杆式、电磁式、惯性式、气动和液压等方式；也可以按动力学特性划分，如按是否利用共振原理划分，有非共振筛和共振筛，按振动系统是线性还是非线性划分，有线性振动筛和非线性振动筛；

目前，大型振动筛多工作在远超共振状态，为大型非共振惯性式振动筛，其结构如图1所示，从图中可以看出，大型非共振惯性式振动筛由以下几部分组成：1筛箱(上质体)，2二次隔振架(下质体)，3一次隔振弹簧，4激振器，5二次隔振弹簧，6缓冲器，7电机，8传动轴，9电机支架，其缺点是：传统振动筛不论共振还是非共振，激振器都是安装在上质体上，激振器周围需要加固，参振质量较大，筛箱受到激振力的直接作用，因此筛箱易疲劳破坏，噪声较大，隔振效果较差，对于非共振筛为了提高隔振效果必须把筛箱坐落在一个二次隔振架上，整机重量较大，筛箱故障率较高，寿命也不理想。

发明内容

为解决以上结构之不足，本发明的目的提出一种反共振振动筛，利用其激振器安装在下质体上，从而使工作机体的结构大大简化，参振质量可以减少20-30％，激振力也可以随之减小，由于工作机体不受激振力的直接作用，寿命可以提高，下质体几乎不振动，设计时容易保证刚度和强度的要求，激振器基本上可以按静载荷设计，整机的噪声会明显降低。

本发明结构设计是这样实现的：反共振振动筛包括有：筛箱为上质体、激振体为下质体、主振弹簧、激振器、隔振弹簧、基础、电机、传动轴、电机支架；其连接：筛箱上质体是反共振振动筛的工作部分，激振体下质体是驱动部分，在激振体上安装有激振器，筛箱和激振体之间通过主振弹簧相连，激振体通过隔振弹簧坐落在基础上，电机安装在电机架上，并通过传动轴与激振器相连；主振弹簧可以是板弹簧、板弹簧和拉压螺旋弹簧的组合、板弹簧和反接式压缩橡胶弹簧的组合或是板弹簧和剪切式橡胶弹簧的组合。

反共振振动筛的特点：

传统振动筛工作在远超共振状态或工作在低临界近共振状态，而反共振振动筛则工作在反共振状态，在反共振状态下，下质体几乎不动，容易获得较好的隔振效果；

传统振动筛，激振器安装在上质体筛箱上，而反共振振动筛则安装在下质体激振体上，筛箱上没有激振器，减小了参振质量，筛箱的高度可以降低，且省去了激振器加固所需的质量，因而参振质量可以进一步降低，参振质量总共可以减少20-30％，由于参振质量减少了，激振力可以随之减小，电机功率也就减小了，有利于节能；

激振体对筛箱的作用是通过主振弹簧传递的，主振弹簧刚度较大，为了使上下质体受力均匀，主振弹簧应沿筛箱侧板的走向分布布置，主振弹簧可以是：板弹簧、板弹簧和拉压螺旋弹簧的组合、板弹簧和反接压缩式橡胶弹簧的组合、板弹簧和剪切式橡胶弹簧的组合；

主振弹簧如果选择板弹簧，板弹簧的长度方向应和振动方向垂直；如主振弹簧选择板弹簧和拉压螺旋弹簧的组合，板弹簧的长度方向应和振动方向垂直，拉压螺旋弹簧的长度方向应和振动方向平行。

主振弹簧如果选择板弹簧和反接式压缩橡胶弹簧的组合，板弹簧的长度方向应和振动方向垂直，反接式压缩橡胶弹簧的长度方向应和振动方向平行；如主振弹簧选择板弹簧和剪切式橡胶弹簧的组合，板弹簧的长度方向应和振动方向垂直，剪切式橡胶弹簧的剪切方向应和振动方向平行。

激振器可以采用自同步和强制同步两种结构，以自同步和强制同步两种方式运行。如采用自同步结构，两激振器之间无任何机械联系，靠反共振时的自同步原理同步运行；如采用强制同步结构，强制同步可以采取齿轮传动、齿形带传动、三角带传动等各种传动方式。

激振器安装在下质体上，激振器质量及激振器周围的加固质量都可以作为下质体质量的一部分，实际上减小了下质体的质量，因为下质体不是工作部分，其形状及大小不受工艺要求的限制，另外下质体几乎不振动，刚度和强度要求容易保证。筛箱和激振体可以倾斜一定角度，也可水平安装；

反共振振动筛的动力学参数，其动力学参数主要有：

上下质体质量比

μ = \frac{m_{2}}{m_{1}},

式中m₁是下质体的质量，m₂是上质体的质量，质量比μ的选择范围是0.5-6，质量比μ选择较小数值，将造成激振体下质体重量偏大，整机重量较大；

反共振频率比

a = \frac{ω_{a}}{ω_{0}},

式中

ω_{a} = \sqrt{k_{2} / m_{2}}

为反共振频率；

ω_{0} = \sqrt{k_{1} / m_{1}},

为下质体子系统的固有频率，反共振频率比a的取值范围是1-15，工作频率高时取较大值，工作频率低时取较小值。反共振频率比a取较大值时两共振点离得较远，有利于振幅的稳定；

主振弹簧刚度k₂，主振弹簧刚度k₂＝m₂ω_a ²，式中m₂是筛箱上质体的参振质量，ω_a为反共振频率。

反共振振动筛工作原理：

图13中给出了反共振振动机的力学模型。不考虑阻尼，图中m₂是上质体的质量，该机的工作部分，下质体m₁上装有惯性式激振器，其激振力是简谐力，k₂为主振弹簧刚度、k₁为隔振弹簧刚度、x₁为下质体位移、x₂为上质体位移，根据力学模型可直接列出系统的运动方程：

[\begin{matrix} m_{1} & 0 \\ 0 & m_{2} \end{matrix}] \{\begin{matrix} {\overset{\cdot \cdot}{x}}_{1} \\ {\overset{\cdot \cdot}{x}}_{2} \end{matrix}\} + [\begin{matrix} k_{1} + k_{2} & - k_{2} \\ {- k}_{2} & k_{2} \end{matrix}] \{\begin{matrix} x_{1} \\ x_{2} \end{matrix}\} = \{\begin{matrix} F \sin ωt \\ 0 \end{matrix}\} - - - (1)

式中F为激振力幅值，设{X}＝{B}sinωt，{X}为位移列向量，代入(1)式，则得矩阵方程：

{F}＝[Z]{B} (2)

式中，{F}为节点力向量幅值，

{F} = \{\begin{matrix} F_{1} \\ 0 \end{matrix}\};

{B}为位移列向量幅值，

{B} = \{\begin{matrix} B_{1} \\ B_{2} \end{matrix}\};

[Z]为位移阻抗矩阵，

[Z] = [\begin{matrix} k_{1} + k_{2} - m_{1} ω^{2} & - k_{2} \\ - k_{2} & k_{2} - m_{2} ω^{2} \end{matrix}] .

由式(1)可得：

{B}＝[Z]^-1{F}＝[H]{F}

式中，[H]为导纳矩阵，

[H] = {[Z]}^{- 1} = \frac{1}{Δ} [\begin{matrix} k_{2} - m_{2} ω^{2} & k_{2} \\ k_{2} & k_{1} + k_{2} - m_{1} ω^{2} \end{matrix}],

而

Δ = |\begin{matrix} k_{1} + k_{2} - m_{2} ω^{2} & - k_{2} \\ - k_{2} & k_{2} - m_{2} ω^{2} \end{matrix}| .

因此有

\{\begin{matrix} B_{1} \\ B_{2} \end{matrix}\} = \frac{1}{Δ} [\begin{matrix} k_{2} - m_{2} ω^{2} & k_{2} \\ k_{2} & k_{1} + k_{2} - m_{1} ω^{2} \end{matrix}] \{\begin{matrix} F_{1} \\ 0 \end{matrix}\} = \frac{F_{1}}{Δ} [\begin{matrix} k_{2} - m_{2} ω^{2} \\ k_{2} \end{matrix}] - - - (3)

由式(3)可知，当

ω = \sqrt{\frac{k_{2}}{m_{2}}}

时，系统出现原点反共振，这时B₁＝0，而

B_{2} = - \frac{F_{1}}{k_{2}}

因为实际系统都存在一定的阻尼，质体m₁的振幅不会为零，其大小取决于阻尼的大小。这时传给基础的动载荷为：

P＝B₁k₁

因为实际系统的阻尼一般较小，所以传给基础的动载荷比一般二次隔振系统还要小，反共振振动机以质体m₂为工作机体，而激振器则安装在质体m₁上，这样就使工作机体的结构大大简化，参振质量可以减少20％～30％，激振力也可以随之减小，由于质体m₂不受激振力的直接作用，机体的寿命可以提高，而激振器安装在质体m₁上，设计时具有很大的灵活性，容易保证刚度和强度的要求，整机的噪声会大大降低，但反共振振动机要求激振频率比较稳定，另外振幅较易受物料量变化的影响。

反共振振动筛的振幅控制

在一般情况下，物料的结合质量很小，小于筛箱质量的20％，而物料的波动量更小，小于物料量的20％，通过合理选择动力学参数，可以使反共振点附近的幅频响应曲线比较平缓，使物料的波动不会对筛机的运行造成不良影响；

遇到特殊情况，物料量变化较大或激振频率非常不稳定，致使筛机不能正常工作，工作振幅不能满足需要或隔振效果不好时，解决的方法是将变频器与驱动电机连接，可以用变频器调整激振频率，改变工作点，使筛机恢复正常工作；

调整变频器的激振频率有两种方法：手动调整，手动调整只适合于物料量或激振频率变化不频繁的情况；通过计算机调整，计算机调整适合于物料量或激振频率变化频繁的情况，而且可以实现最优控制。

手动调整时，控制系统的连接框图如图11所示，计算机自动调节时，控制系统的连接框图如图12所示。

要使反共振振动筛上质体振幅稳定同时下质体振幅最小，可采取以下三种控制策略：

只监控上质体：

反共振振动筛在物料量产生波动时，能使上质体振幅稳定在设计值，下质体的振幅也就近似地处于最小的状态，用PID控制很容易实现上质体振幅的稳定控制，但这种控制方法，上质体振幅能够比较精确的稳定在设计值，但下质体振幅由于没有加以控制，只能实现近似的最小值，当物料结合质量不超过上质体质量的30％，物料波动量不大于物料量的30％的情况下，这种控制方法可以满足工程需要。

只监控下质体：

反共振振动筛在物料量产生波动时，只要控制下质体振幅始终处于最小状态，上质体的振幅也就近似地在设计值附近，但采用这种控制方法，下质体振幅能够保持在最小值状态，但上质体振幅由于没有加以控制，只能近似地等于设计值，但当物料结合质量不超过上质体质量的30％，物料波动量不大于物料量的30％的情况下，这种控制方法可以满足工程需要。

同时对上下质体进行监控的最优控制：

要使反共振振动筛上质体振幅稳定在设计值，同时下质体振幅最小，可以把上质体振幅的波动量与下质体的振幅之和作为目标函数，通过控制激振频率使目标函数值最小，即

min(k₁ΔB₂+k₂B₁)(ΔB₂≥0，k₁≤1，k₂≤1)

式中B₁为下质体振幅；ΔB₂为上质体振幅的波动量；k₁、k₂为加权系数。

说明书附图

图1为大型非共振惯性式振动筛结构原理图；

图2为大型非共振惯性式振动筛正视图；

图3为反共振振动筛结构原理图；

图4为反共振振动筛正投影图；

图5为反共振振动筛上下质体水平安装结构图；

图6为反共振振动筛主振弹簧为板弹簧和螺旋弹簧的组合时的结构图；

图7为反共振振动筛主振弹簧为板弹簧和螺旋弹簧的组合时的正视图；

图8为反共振振动筛激振器在下质体外面结构图；

图9为反共振振动筛激振器上下质体质量比较小时结构图；

图10为反共振振动筛激振器上下质体质量比较小时正视图；

图11为反共振振动筛手动调整连接框图；

图12为反共振振动筛自动调整连接框图；

图13为本发明反共振振动筛力学模型图。

具体实施方式

本发明详细结构结合以下实施例和附图加以说明。

本发明结构如图3所示，筛箱(1)上质体是反共振振动筛的工作部分，激振体(2)下质体是驱动部分，在激振体(2)上安装有激振器(4)，筛箱(1)和激振体(2)之间通过主振弹簧(3)相连，激振体(2)通过隔振弹簧(5)坐落在基础(6)上，电机(7)安装在电机支架(9)上，并通过传动轴(8)与激振器(4)相连；本实施例主振弹簧为板弹簧，分多组，每组多片，主振弹簧总刚度便于调节，上下质体质量比μ＝m₂/m₁较大，m₁是下质体质量，m₂是上质体的质量，整机重量较轻；图5上下质体水平安装，其余与图形3相同，图6主振弹簧为板弹簧和螺旋弹簧的组合，板弹簧可不分组，也可分多组，每组多片，螺旋弹簧为拉压弹簧，其余与图3相同；图8激振器不是装在下质体内，而是安装在下质体的外面，便于激振器的模块化，其余与图3相同；图9上下质体质量比

μ = \frac{m_{2}}{m_{1}}

较小，m₁是下质体的质量，m₂是上质体的质量，整机重量较重，但容易获得较大的反共振频率比

a = \frac{ω_{a}}{ω_{0}},

式中

ω_{a} = \sqrt{k_{2} / m_{2}},

为反共振频率；k₂为主振弹簧的刚度，

ω_{0} = \sqrt{k_{1} / m_{1}}

为下质体子系统的固有频率，k₁为隔振弹簧的刚度。

Claims

1、一种反共振振动筛，其结构包括有：上质体-筛箱、下质体-激振体、主振弹簧、隔振弹簧、激振器，其特征在于筛箱(1)通过主振弹簧(3)和激振体(2)连接，激振体(2)通过隔振弹簧(5)坐落在基础(6)上，在激振体(2)上装有激振器(4)，电机(7)与激振器(4)相连。

2、按权利要求1所述的反共振振动筛，其特征在于激振体(2)对筛箱(1)的作用是通过主振弹簧(3)传递的，主振弹簧(3)沿筛箱(1)侧板的走向设置，主振弹簧(3)可以是：板弹簧、板弹簧和拉压螺旋弹簧的组合、板弹簧和反接式压缩橡胶弹簧的组合、板弹簧和剪切式橡胶弹簧的组合。

3、按权利要求1所述的反共振振动筛，其特征在于激振器可以采用自同步和强制同步两种结构，以自同步和强制同步两种方式运行，采用自同步结构，两激振器之间无任何机械联系，靠反共振时的自同步原理同步运行，采用强制同步结构，强制同步可以采取齿轮传动、齿形带传动、三角带传动等各种传动方式。

4、按权利要求1所述的反共振振动筛，其特征在于：所述上质体下质体其质量比选择范围是0.5-6。

5、按权利要求1所述的反共振振动筛，其特征在于该反共振振动筛电机(7)与激振器(4)成为一体，即构成振动电机。

6、按权利要求1所述的反共振振动筛，其特征在于所述电机(7)可通过传动轴与激振器(4)相连。

7、按权利要求2所述的反共振振动筛，其特征在于主振弹簧选择板弹簧，板弹簧的长度方向应和振动方向垂直，主振弹簧选择板弹簧和拉压螺旋弹簧的组合，板弹簧的长度方向应和振动方向垂直，拉压螺旋弹簧的长度方向应和振动方向平行。

8、按权利要求2所述的反共振振动筛，其特征在于主振弹簧选择板弹簧和反接式压缩橡胶弹簧组合，板弹簧的长度方向应和振动方向垂直，反接式压缩橡胶弹簧长度方向应和振动方向平行，主振弹簧选择板弹簧和剪切式橡胶弹簧的组合，板弹簧长度方向应和振动方向垂直，剪切式橡胶弹簧的剪切方向应和振动方向平行。