CN102873024A

CN102873024A - 椭圆或圆运动反共振振动筛

Info

Publication number: CN102873024A
Application number: CN2012103455599A
Authority: CN
Inventors: 刘杰; 刘劲涛; 戴丽; 刘宏峰
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-09-17
Also published as: CN102873024B

Abstract

椭圆或圆运动反共振振动筛，属于振动机械技术领域。本发明包括：筛箱、激振体、主振弹簧、激振器、隔振弹簧、基础及电机；所述筛箱为上质体，激振体为下质体，激振体通过隔振弹簧设置在基础上，筛箱和激振体通过主振弹簧相连，其特点是在激振体上安装有激振器，激振器为单轴、双轴或三轴结构，电机通过传动轴与激振器相连，双轴结构中两轴按相同旋转方向回转；三轴结构中其中两轴按相同旋转方向进行回转，另一轴按与前两轴旋转方向相反的方向进行回转；所述主振弹簧由内弹簧座、外弹簧座及设置在内、外弹簧座之间的弹簧构成，所述主振弹簧在工作平面内的各个方向上具有相同的刚度；所述椭圆或圆运动反共振振动筛其工作频率与反共振频率相等。

Description

椭圆或圆运动反共振振动筛

技术领域

本发明属于振动机械技术领域，特别涉及一种椭圆或圆运动反共振振动筛。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，如按工作点在频响曲线中的位置划分，有远超共振筛（非共振筛）、低临界近共振筛（共振筛）和反共振筛；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；还可以按筛机工作部分的运动轨迹划分，有直线运动振动筛、圆运动振动筛和椭圆运动振动筛等。

反共振振动筛具有一系列优点，该机工作在反共振状态，在反共振状态下，上质体按筛机所需振幅工作，而下质体几乎不动，容易获得较好的隔振效果；反共振振动筛的激振器安装在下质体上，上质体筛箱上没有激振器，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。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。但是，目前的反共振振动筛采用板弹簧或螺旋弹簧或剪切橡胶弹簧，筛箱只能作直线运动，但有时根据工艺需要，希望筛箱作圆运动或椭圆运动，这时现有的反共振振动筛是无法实现的。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种能够实现椭圆或圆运动的反共振振动筛，该振动筛的激振器安装在下质体上，并采用一种在工作平面内的各个方向上具有相同刚度的特殊弹簧作为主振弹簧，从而使振动筛既能具有直线运动反共振振动筛的全部优点，又能使振动筛的筛箱获得椭圆或圆形的运动轨迹；满足某些筛分工艺的要求，弥补了目前直线运动反共振振动筛的不足。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种椭圆或圆运动反共振振动筛，包括：筛箱、激振体、主振弹簧、激振器、隔振弹簧、基础及电机；所述筛箱为上质体，激振体为下质体，激振体通过隔振弹簧设置在基础上，筛箱和激振体通过主振弹簧相连，其特点是在激振体上安装有激振器，激振器为单轴、双轴或三轴结构，电机通过传动轴与激振器相连，双轴结构中两轴按相同旋转方向回转；三轴结构中其中两轴按相同旋转方向进行回转，另一轴按与前两轴旋转方向相反的方向进行回转；所述主振弹簧由内弹簧座、外弹簧座及设置在内、外弹簧座之间的弹簧构成，所述主振弹簧在工作平面内的各个方向上具有相同的刚度；所述椭圆或圆运动反共振振动筛其工作频率与反共振频率相等。

所述主振弹簧的内弹簧座与筛箱即上质体固连、外弹簧座与激振体即下质体固连。

所述主振弹簧采用两种结构形式：圆形或方形。

所述主振弹簧安装于上下质体之间，主振弹簧为多组，分布地安装在各个便于安装的位置，主要是筛机两侧及前后。

所述主振弹簧的弹簧采用橡胶或螺旋弹簧或蝶形弹簧。

本发明的特点：

传统的椭圆或圆运动振动筛工作在远超共振状态或工作在低临界近共振状态，而本发明的椭圆或圆运动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；

传统的椭圆或圆运动振动筛，激振器安装在筛箱—上质体上，而本发明的椭圆或圆运动反共振振动筛的激振器则安装在激振体—下质体上，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；

双轴结构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，如采用自同步形式，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；三轴结构激振器采用强制同步结构，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；

激振器安装在激振体—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。

椭圆或圆运动反共振振动筛的动力学参数主要有：

反共振频率反共振振动筛的最主要特点是，振动筛的工作频率—激振频率与反共振频率相等，即

ω=ω_a

式中，ω为激振频率，ω_a为反共振频率，

ω_{a} = \sqrt{k_{2} / m_{2}}

式中k₂是主振弹簧刚度，m₂是筛箱—上质体的质量，

上、下质体质量比，m₁是激振体—下质体的质量，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

，式中

为反共振频率；

为激振体—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，激振频率高时取较大值，激振频率低时取较小值。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—上质体的质量，ω_a为反共振频率。

椭圆或圆运动反共振振动筛工作原理：

图1中给出了椭圆或圆运动反共振振动筛的力学模型。不考虑阻尼，图中m₂ 是筛箱—上质体的质量，振动筛的工作部分，m₁是激振体—下质体的质量，激振体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（因为k₁＜＜k₂，可以将k₁近似地看作常数）、x₁为激振体—下质体位移、x₂为筛箱—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{. .}{x}}_{1} \\ {\overset{. .}{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_{1} e^{iωt} \\ 0 \end{matrix}\} - - - (1)

式中，F₁为激振力幅值，设{X}={B}e^iωt，{X}为位移列向量，e^iωt为复数的指数表示式，t为时间变量，i为虚数的单位，e为常数，e=2.71828，将{X}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}\}

，B₁为下质体位移幅值，B₂为上质体位移幅值；[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(2)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

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，下质体的振幅不会为零，其大小取决于阻尼的大小。这时传给基础的动载荷为：

P=B₁k₁e^-iωt

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。

本发明的有益效果：

采用本发明提供的椭圆或圆运动反共振振动筛，可实现筛箱椭圆或圆形运动轨迹；并在反共振状态下工作，可获得较好的隔振效果；激振器安装在激振体—下质体上，筛箱的质量可以比传统振动筛小得多，参振质量可以减少20%~30%，从而整机的重量可以大大减小，由于参振质量减少了，激振力可以随之减小，有利于节能和提高振动筛的寿命；改善产品工艺结构，容易保证产品刚度和强度要求。

附图说明

图1为本发明的椭圆或圆运动反共振振动筛原理图；

图2为本发明采用单轴结构激振器实施例的结构示意图；

图3为图2的右视图；

图4为本发明采用双轴结构激振器实施例的结构示意图；

图5为本发明采用三轴结构激振器实施例的结构示意图；

图6为本发明的椭圆或圆运动反共振振动筛的各方向等刚度橡胶弹簧结构示意图；

（a）为圆形橡胶弹簧结构示意图；（b）为方形橡胶弹簧结构示意图；

图7为本发明的椭圆或圆运动反共振振动筛的各方向等刚度螺旋弹簧结构示意图；

（a）为圆形螺旋弹簧结构示意图；（b）为方形螺旋弹簧结构示意图；

图8为本发明应用到大型双轴椭圆或圆运动反共振等厚筛实施例的结构示意图；

图9为图8的左视图；

图10为本发明采用圆形橡胶弹簧的大型三轴椭圆运动反共振等厚筛实施例的结构示意图；

图11为本发明采用方形橡胶弹簧的大型三轴椭圆运动反共振等厚筛实施例的结构示意图；

图12为图10、图11的左视图；

图1中，m₂ 是上质体的质量， m₁是下质体的质量，F₁为激振力幅值，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。

图2～图12中，1—筛箱，2—激振体，3—主振弹簧，4—激振器，5—隔振弹簧，6—基础，7—电机，8—传动轴，9—电机支架，10—内弹簧座，11—外弹簧座，12—弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图2～7所示，一种椭圆或圆运动反共振振动筛，包括：筛箱1、激振体2、主振弹簧3、激振器4、隔振弹簧5、基础6及电机7；筛箱1为上质体是反共振振动筛的工作部分，激振体2为下质体是反共振振动筛的驱动部分，激振体2通过隔振弹簧5设置在基础6上，筛箱1和激振体2通过主振弹簧5相连，在激振体2上安装有激振器4，激振器4为单轴、双轴或三轴结构，电机7通过传动轴8与激振器4相连，双轴结构中两轴按相同旋转方向回转，三轴结构中其中两轴按相同旋转方向进行回转，另一轴按与前两轴旋转方向相反的方向进行回转；主振弹簧3由内弹簧座10、外弹簧座11及设置在内、外弹簧座之间的弹簧12构成，且主振弹簧在工作平面内的各个方向上具有相同的刚度；主振弹簧3的内弹簧座10与筛箱1即上质体固连，外弹簧座11与激振体2即下质体固连；主振弹簧3采用如图6或图7所示的圆形、方形两种结构形式；其弹簧12采用如图6所示的橡胶或如图7所示的螺旋弹簧或蝶形弹簧；主振弹簧安装于上下质体之间，主振弹簧为多组，分布地安装在各个便于安装的位置，主要是筛机两侧及前后；椭圆或圆运动反共振振动筛其工作频率即激振频率ω与反共振频率ω_a相等；即ω=ω_a，其中

，式中，k₂是主振弹簧刚度，m₂是筛箱即上质体的质量。

实施例1

本发明应用到大型双轴椭圆或圆运动反共振等厚筛，结构如图8和图9所示，筛箱1即上质体是反共振振动筛的工作部分，激振体2即下质体是反共振振动筛的驱动部分，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。本实施例为多组主振弹簧3安装筛箱1的二侧，主振弹簧3为在各方向等刚度的圆形橡胶弹簧，双轴激振器按相同旋转方向回转。

实施例2

本发明应用到大型三轴椭圆运动反共振等厚筛，结构如图10和图12所示，与大型双轴椭圆或圆运动反共振等厚筛不同的是大型三轴椭圆运动反共振等厚筛有三根激振器轴，激振器轴采用强制同步结构，可实现其中两个激振器轴以相同旋转方向回转，另一个激振器轴与其它两个激振器轴旋转方向相反回转，此时反共振振动筛运动轨迹为椭圆形，图10所示为大型三轴椭圆运动反共振等厚筛主振弹簧3采用如图6（a）所示的圆形各方向等刚度橡胶弹簧12结构。

实施例3

图11和图12所示是本发明应用到另一种大型三轴椭圆运动反共振等厚筛2的结构示意图，与图10中的振动筛的区别是该反共振振动筛采用的是如图6（b）所示的方形各方向等刚度橡胶弹簧12结构。

Claims

1.一种椭圆或圆运动反共振振动筛，包括：筛箱、激振体、主振弹簧、激振器、隔振弹簧、基础及电机；所述筛箱为上质体，激振体为下质体，激振体通过隔振弹簧设置在基础上，筛箱和激振体通过主振弹簧相连，其特征在于是在激振体上安装有激振器，激振器为单轴、双轴或三轴结构，电机通过传动轴与激振器相连，双轴结构中两轴按相同旋转方向回转；三轴结构中其中两轴按相同旋转方向进行回转，另一轴按与前两轴旋转方向相反的方向进行回转；所述主振弹簧由内弹簧座、外弹簧座及设置在内、外弹簧座之间的弹簧构成，所述主振弹簧在工作平面内的各个方向上具有相同的刚度；所述椭圆或圆运动反共振振动筛其工作频率与反共振频率相等。

2.根据权利要求1所述的一种椭圆或圆运动反共振振动筛，其特征在于所述主振弹簧的内弹簧座与筛箱即上质体固连、外弹簧座与激振体即下质体固连。

3.根据权利要求1所述的一种椭圆或圆运动反共振振动筛，其特征在于所述主振弹簧采用两种结构形式：圆形或方形。

4.根据权利要求1所述的一种椭圆或圆运动反共振振动筛，其特征在于所述主振弹簧的弹簧采用橡胶或螺旋弹簧或蝶形弹簧。

5.根据权利要求1所述的一种椭圆或圆运动反共振振动筛，其特征在于所述筛箱的运动轨迹为圆或椭圆。