CN101530847B - 反共振式共振筛 - Google Patents

Abstract

一种反共振式共振筛，属于振动机械技术领域。包括：上质体、下质体、主振弹簧、激振器、隔振弹簧、杠杆、配重、基础、电机、传动轴、电机支架。上质体上安装有激振器，上下质体之间通过主振弹簧相连，下质体通过隔振弹簧安装在基础上，在上下质体之间通过铰链对称的安装有至少4个与振动方向垂直的杠杆，在杠杆的一端装有配重。本发明提供的反共振式共振筛可以同时工作在共振和反共振状态，隔振效果好，解决了传统共振筛的隔振问题，下质体的质量可以比传统共振筛的质量小得多，从而整机的重量可以大大减小。由于利用了共振的原理，所需激振力可以大幅度减小，激振器本身的质量可以减少，有利于节能和提高筛机的寿命。

Description

反共振式共振筛

技术领域

本发明属于振动机械技术领域，特别涉及一种反共振式共振筛，适合于原煤分级、矿物的分级、烧结矿的分级、及其它各种散状物料的分级使用。

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，这种振动筛的频率比(工作频率与固有频率之比)一般取为2-10，振幅相对稳定，但激振力比较大。为了获得良好的隔振效果，往往要采用二次隔振，致使结构复杂，整机重量较重。共振筛由于工作在近共振状态，能动地利用了共振的原理，因此大大减小了激振力。但这种振动筛的动载荷较大，为了减小传给基础的动载荷，大多采用双质体，而为了获得良好的隔振效果，下质体与上质体的质量比不能取得太小，一般不小于0.6，即使如此隔振效果仍不理想，而整机的重量却很大。筛箱故障率较高，寿命也不理想。因此，大型惯性振动筛采用共振式的较少。

发明内容

为解决以上结构的不足，本发明的目的是提出一种反共振式共振筛，这种共振筛与传统的共振筛不同，在下质体和上质体之间对称地安装至少4个杠杆，在杠杆上加配重，配重的质量很小，一般仅为上质体质量的千分之几，以此来吸收振动能量，减小传给基础的动载荷。这种反共振式共振筛可以同时工作在共振和反共振状态下。

本发明结构设计是这样实现的：反共振式共振筛包括上质体、下质体、主振弹簧、激振器、隔振弹簧、杠杆、配重、基础、电机、传动轴和电机支架。其连接：上质体上安装有激振器，上下质体之间通过主振弹簧相连，下质体通过隔振弹簧安装在基础上，电机安装在电机架上，并通过传动轴与激振器相连，在上下质体之间通过铰链对称的安装有至少4个与振动方向垂直的杠杆，在杠杆的一端装有配重。

主振弹簧刚度较大，为了使上下质体受力均匀，主振弹簧沿上质体侧板的走向分布设置，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，板弹簧的长度方向和振动方向垂直；如果主振弹簧选择板弹簧和拉压螺旋弹簧的组合，板弹簧的长度方向和振动方向垂直，拉压螺旋弹簧的长度方向和振动方向平行。

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

反共振隔振共振动筛工作原理：

由Lagrange方程建立系统的运动微分方程

$[m\frac{R}{r}(\frac{R}{r}-1)+m_r\frac{a}{r}(1+\frac{a}{r}+\frac{J_c}{r^2})]{\stackrel{\·\·}{x}}_1+c{\stackrel{\·}{x}}_1+k_1{x}_1-$

$-\left\{\right[m_2+m{\left(\frac{R}{r}\right)}^2+m_r{(1+\frac{a}{r})}^2+\frac{J_c}{r^2}]{\stackrel{\·\·}{x}}_2+c{\stackrel{\·}{x}}_2+(k_1+k_2)x_2\}=0$

由 $\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\frac{\mathrm{dT}}{d{\stackrel{\·}{x}}_1}\right)-\frac{\mathrm{dT}}{d{x}_1}+\frac{\mathrm{dU}}{d{x}_1}+\frac{\mathrm{dR}}{d{\stackrel{\·}{x}}_1}=P\sin \mathrm{\ωt},$ 得

$[m_1+m{(\frac{R}{r}-1)}^2+m_r{\left(\frac{a}{r}\right)}^2+\frac{J_c}{r^2}]{\stackrel{\·\·}{x}}_1+c{\stackrel{\·}{x}}_1+k_1{x}_1-$

$-\left\{\right[m\frac{R}{r}(\frac{R}{r}-1)+m_r\frac{a}{r}(1+\frac{a}{r})+\frac{J_c}{r^2}]{\stackrel{\·\·}{x}}_2+c{\stackrel{\·}{x}}_2+k_1{x}_2\}=P\sin \mathrm{\ωt}$

令 $M_1=m_1+m{(\frac{R}{r}-1)}^2+m_r{\left(\frac{a}{r}\right)}^2+\frac{J_c}{r^2}$

$M_2=m_2+m{\left(\frac{R}{r}\right)}^2+m_r{(1+\frac{a}{r})}^2+\frac{J_c}{r^2}$

$M_{\mathrm{AR}}=m\frac{R}{r}(\frac{R}{r}-1)+m_r\frac{a}{r}(1+\frac{a}{r})+\frac{J_c}{r^2}$

设

其中

分别为上下质体的复振幅，且令Psinωt＝Pe^jωt，将x₁和x₂代入上式可解得

${\stackrel{\→}{A}}_2=\frac{P(k_1-M_{\mathrm{AR}}{\mathrm{\ω}}^2+\mathrm{cj\ω})}{(k_1-M_1{\mathrm{\ω}}^2+\mathrm{cj\ω})(k_1+k_2-M_2{\mathrm{\ω}}^2+\mathrm{cj\ω})-{(k_1-M_{\mathrm{AR}}{\mathrm{\ω}}^2+\mathrm{cj\ω})}^2}$

由于动载荷传递率 $T_D=\left|\frac{k_2{x}_2}{f\left(t\right)}\right|=\left|\frac{k_2{\stackrel{\→}{A}}_2{e}^{\mathrm{j\ωt}}}{P{e}^{\mathrm{j\ωt}}}\right|=\frac{k_2}{P}\left|{\stackrel{\→}{A}}_2\right|$

将相关各式代入，得

$T_D=\left|\frac{k_2(k_1-M_{\mathrm{AR}}{\mathrm{\ω}}^2+\mathrm{cj\ω})}{(k_1-M_1{\mathrm{\ω}}^2)(k_1+k_2-M_2{\mathrm{\ω}}^2)-{(k_1-M_{\mathrm{AR}}{\mathrm{\ω}}^2)}^2+\mathrm{jc\ω}\left[(k_2-(M_1+M_2-2M_{\mathrm{AR}}){\mathrm{\ω}}^2)\right]}\right|$

而由上式可知，在不计阻尼情况下(c＝0)，双质体反共振隔振系统的反共振条件为

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{AR}}=\sqrt{\frac{k_1}{M_{\mathrm{AR}}}}=\sqrt{\frac{k_1}{m\frac{R}{r}(\frac{R}{r}-1)+m_r\frac{a}{r}(1+\frac{a}{r})+\frac{J_c}{r^2}}}$

式中ω_AR即反共振频率。在无阻尼情况下，当ω＝ω_AR时，传递率即传给基础的动载荷为零。如果再令反共振式共振筛的共振频率比 $\mathrm{\λ}=\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_{02}}=0.5~0.95,$ ω₀₂为系统的二阶固有频率，就可以同时获得共振的效果，是共振和反共振的完美结合。

式中：m₁和m₂分别为上、下质体的质量，m_r为刚性杆质量，m为配重的质量，k₁和k₂分别主振弹簧和隔振弹簧的刚度，为R为配重质心至支点A的距离，a为刚性杆重心与支点A的距离，r为两支点之间的距离，c为阻力系数，J_c为刚性杆绕自身重心C₀的转动惯量，x₁和x₂分别为上、下质体的位移。

反共振式共振筛的动力学参数主要有：

上下质体质量比 $\mathrm{\μ}=\frac{m_2}{m_1},$ 质量比μ的选择完全取决于振动筛的制造工艺，质量比甚至可以为零，即将杠杆直接安装在上质体和基础之间。一般来说，过大的质量比μ是没有必要的，只会增大整机的重量。

反共振式共振筛的反共振频率比 $a=\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{AR}}},$ 式中 ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{AR}}=\sqrt{k_1/M_{\mathrm{AR}}}$ 为反共振频率；ω为激振频率；反共振式共振筛工作在反共振状态，因此应选择a＝1。

反共振式共振筛的共振频率比 $\mathrm{\λ}=\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_{02}},$ 式中ω₀₂为系统的二阶固有频率，反共振式共振筛工作在低临界近共振状态，因此应选择λ＝0.5～0.95。在低临界近共振状态下，上质体的振幅有自行稳定的作用，受物料量变化的影响较小。

与传统的共振筛相比，本发明的优点是：

1.隔振效果好，从根本上解决了传统共振筛的隔振问题，传递率小于0.05；

2.下质体的质量可以比传统共振筛的下质体质量小得多，下质体的质量甚至可以为零，即没有下质体，从而整机的重量可以大大减小，却能保持良好的隔振效果；

3.由于利用了共振的原理，所需激振力可以大幅度减小；

4.由于激振力减小，激振器本身的质量可以减少，激振器周围的加固用材料也可以减少，从而较小了参振质量，有利于节能和提高筛机的寿命；

5.杠杆上安装的配重质量很小，一般仅为上质体质量的千分之几。

说明书附图

图1为反共振式共振筛力学模型图；

图2为主振弹簧采用板弹簧时的反共振式共振筛的主视图；

图3为主振弹簧采用板弹簧时的反共振式共振筛的右视图；

图4为主振弹簧采用板弹簧和螺旋弹簧的组合时的反共振式共振筛的主视图；

图5为主振弹簧采用板弹簧和螺旋弹簧的组合时的反共振式共振筛的右视图。

图1中：m₁上质体质量，m₂下质体质量，m_r刚性杆质量，m配重的质量，k₁主振弹簧的刚度，k₂隔振弹簧的刚度，A支点，B支点，R配重质心到支点A的距离，a刚性杆重心到支点B的距离，r为AB两支点间的距离，c为阻力系数，J_c为刚性杆绕自身重心C₀的转动惯量，x₁上质体位移，x₂下质体位移；

图2至图5中：1上质体，2板弹簧，3下质体，4激振器，5隔振弹簧，6橡胶铰链，7橡胶铰链，8杠杆，9配重，10电机，11传动轴，12基础，13电机支架，14螺旋弹簧。

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2和图3所示，本实施例主振弹簧为板弹簧。上质体1是反共振式共振筛的工作部分，下质体3是平衡体，在上质体1和下质体3之间通过板弹簧2相连，下质体3通过隔振弹簧5坐落在基础12上，电机10安装在电机支架13上，并通过传动轴11与激振器4相连；在上质体1和下质体3之间还安装有杠杆8和配重9，配重为上质体质量的5‰。杠杆8通过橡胶铰链6和上质体1连接，同时杠杆8又通过橡胶铰链7和下质体3相连，橡胶铰链6由内外两个金属环和硫化在两个金属环之间的橡胶组成，安装时保证橡胶有一定的预压缩量。板弹簧分多组，每组多片，弹簧总刚度便于调节。

上下质体质量比 $\mathrm{\μ}=\frac{m_2}{m_1}=0.3,$ 反共振式共振筛的反共振频率比 $a=\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{AR}}}=1,$ 反共振式共振筛的共振频率比 $\mathrm{\λ}=\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_{02}}=0.9.$

图4和图5表现了本发明的另一种实施例，主振弹簧采用了板弹簧2和螺旋弹簧14的组合，板弹簧2可不分组，也可分多组，每组多片，螺旋弹簧14采用拉压弹簧，其余部件与图2和图3相同。

Claims (4)

1.一种反共振式共振筛，包括上质体、下质体、主振弹簧、激振器、隔振弹簧、基础、电机、传动轴和电机架，上质体上安装有激振器，上下质体之间通过主振弹簧相连，下质体通过隔振弹簧安装在基础上，电机与激振器相连，其特征在于：在上下质体之间对称地安装有至少四个杠杆，在杠杆的一端装有配重；要求ω＝ω_AR同时ω＝(0.5～0.95)ω₀₂，其中ω为激振频率，ω_AR为反共振频率，ω₀₂为系统的二阶固有频率。

2.如权利要求1所述的反共振式共振筛，其特征在于：所述的杠杆的杆与振动方向垂直安装。

3.如权利要求1或2所述的反共振式共振筛，其特征在于：所述的主振弹簧沿上质体侧板的走向分布设置，主振弹簧选用板弹簧、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板弹簧和剪切式橡胶弹簧的组合。

4.如权利要求3所述的反共振式共振筛，其特征在于：所述的主振弹簧采用板弹簧时，板弹簧的长度方向和振动方向垂直；主振弹簧采用板弹簧和拉压螺旋弹簧的组合时，板弹簧的长度方向和振动方向垂直，拉压螺旋弹簧的长度方向和振动方向平行；主振弹簧采用板弹簧和反接式压缩橡胶弹簧的组合时，板弹簧的长度方向和振动方向垂直，反接式压缩橡胶弹簧的长度方向和振动方向平行；主振弹簧采用板弹簧和剪切式橡胶弹簧的组合时，板弹簧的长度方向和振动方向垂直，剪切式橡胶弹簧的剪切方向和振动方向平行。 

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