CN1038413A - 带自动保护装置的圆运动振动磨机 - Google Patents

Abstract

本发明为带自动保护装置的圆运动振动磨机，属于磨矿工程机械领域。本发明是一种采取无篦连续作业方式的高幅高振动强度振动磨机，考虑到介质重心偏移对振动磨机动力学的影响，本机以特殊的设计避免了在普通振动磨机上存在的扭振现象，保证了设备运动轨迹为圆。同时，本机还带有自动保护装置，一旦隔振系统气压低于某一临界值，或者某个弹簧在工作中突然断裂时，电机电源即自动切断，机器则停止运行。本发明可广泛用于不同矿物或原材料的细磨，超细磨及粗磨作业。

Description

本发明为带自动保护装置的园运动振动磨机，属于粉体工程技术领域和磨矿工程机械范畴，适用于冶金、化工、煤碳、建材，选矿等各工业部门中不同物料的细磨和粗磨作业。

本发明是在发明人于1986.6.11获准的专利CN852016719的基础上作出的新的发明。

工业用连续式振动磨机的传输特性，决定了磨介重心必然向磨机排料端显著偏移，从而对振动磨机力学产生了不可忽视的影响。然而，过去振动磨机的设计者都没有注意到介质的运动特性，因此，机体在运转中将产生极大的干扰振动-扭振。扭振的存在使机体运动轨迹成为椭园，从而降低了生产效率和机器传动部件的寿命，甚至使机体根本不能工作。另外，振动磨的机体一般都由若干个空气弹簧支撑，起隔振作用，而过去的振动磨均没有带保护装置，一旦某个弹簧在机器运转中发生断裂破坏，就可能导致严重的生命财产事故。

本发明的目的是设计一种采取独特作业方法的无干扰扭振的高幅高振动强度的振动磨机，其运动轨迹为园。另外，本发明的振动磨机还带有无恒压气源操纵的空气弹簧隔振系统和自动保护装置，使磨机能够稳定可靠地运转。

下面结合附图对本发明的振动磨机的原理及结构进行描述。

图1是介质重心偏移的振动磨机力学模型。

图2是本发明的振动磨机的四个支撑磨机的空气弹簧布置方案简图。

图3是本发明的振动磨机的进料端和出料端弹簧与水平面的倾角示意图。

图4是支撑磨机的空气弹簧在拉压两个方向上的弹性特性曲线。其中：细实线-表示静态（动压系数m＝1），点划细-·-表示动态（动压系数m＝1.38）;虚线表示等压（空气弹簧的内部空压p＝常数），横坐标表示位移，竖坐标表示载荷。

图5是图1的侧视图。

图6是本发明的振动磨机的正视图。

图7是图6的A向视图。

图8是图6的俯视图。

理论分析及试验研究都证明，如果按照美国专利US4164328说明书所要求的那样，“使四个气囊的中心线在磨机中心上方交于一点”，则由于松散介质在机体运转过程中重心向排料端偏移，从而使得四个弹簧对机体重心的刚度矩失去平衡，激振中心也不再通过机体重心，则机体处于失常的扭振状态。

利用lagrange第二类动力学模型，可对介质重心偏移的振动磨机力学模型（图1）进行分析，从而得到磨机在x、y和φ三个方向上的运动振幅表示式分别是：

A_X= (m_ur_u)/((1+δ)M) （1）

Ay=-[ (m_ur_u)/((1+δ)M) + (bm_u)/((1+δ)M) ·A_φ] （2）

$A_{\phi }\mathrm{=\; -}\frac{m_u{r}_{u}b}{\mathrm{I+}\frac{{\mathrm{Ky}}_2{L}^2{}_2{\mathrm{-Ky}}_1{L}^2{}_1}{{\omega }^2}}$ (3)

式中：m_u，r_u：激振器的质量和重心半径。

M：机体总质量（不包括介质）

δ：系数，0＜δ＜1

b：介质重心偏离机体重心的距离。

I：机体对x轴的转动惯量

Ky₁，Ky₂：进料端和出料端弹簧在y方向上的刚度。

L₁，L₂：弹簧中心线至机体与介质合成重心的距离

ω：机体振动园频率

φ：机体在yoz平面内绕x轴的转角，是由于介质重心偏移引起的偏移角度。

（3）式表达了机体绕x轴进行扭振的转角幅值，即为扭振振幅，扭振的存在不但使机器动负荷增大，传动件寿命降低，而且使得机体在y方向上的振幅Ay总是小于x方向上的振幅Ax，由（1）、（2）两式的对比可明显看出这一点，因此，机体中心的运动轨迹成为椭园，大大降低了生产效率。

为了消除扭振现象，本发明提出了旨在消除介质重心偏移距离b和控制进料端、出料端弹簧刚度矩的设计，使支撑振动磨机的四个空气弹簧采用如下布置方式：

四个空气弹簧相互倾斜一定的角度，即进料端的两个弹簧和出料端的两个弹簧各自相互倾斜，每端的两个弹簧的中心线的延长线在机体纵向中心线正上方两两相交，形成两个三角形（即每端一个，出料端为ACD，进料端为BEF），两个三角形顶点的连线与机体中心线位于同一个垂直平面内，如图2;在保持机体水平状态的同时，使出料端弹簧在上述垂直平面（即图1中yoz平面）内的倾角β（也是与水平面的倾角）稍大于进料端弹簧在该垂直平面内的倾角α，即β＞α，如图3所示。

根据弹簧的组合方式及空气弹簧的弹性特性，我们可以证明，增大出料端弹簧的倾角β将使其垂直刚度Ky₂上升，而水平刚度Kz₂减小，从而消除了进料、出料端弹簧刚度矩在垂直平面内的不平衡现象。与此同时，由于激振器支撑在弹簧上，所以，出料端弹簧倾角β增大后，可使出料端激振器向后偏移一定的距离，使得两端激振器对称于机体的合成重心，从而使激振力的合力通过了机器的合成重心，克服了扭振现象，保证了机器的正常运转。一般，进料端弹簧的倾角α为70～80°，出料端弹簧的倾角β比α大5～10°。

在传说的隔振理论中，空气弹簧只用于有特殊要求的精密仪器和设备的消极隔振，而且要求工作压力为恒定值，为此必须配备恒压气源及压力控制系统。美国专利US4164328所要求的“带压力气源及恒压控制系统的隔振气囊”，就属于这种传统的设计方法，这种设计不但大大增加了设备的辅助投资，而且根本不适用于工程机械的积极隔振要求，试验证明，这种以等压状态工作的空气弹簧，其载荷-位移曲线表现为软特性，如图4中虚线所示，随载荷的上升，特性曲线趋于平坦，因此，机体在运转过程中将在水平平面（图1中的zox平面）内产生刚度矩不平衡现象。为了克服这一不稳定因素，本发明提供了一种无恒压气源操纵的空气弹簧隔振系统，即去掉空气弹簧以往的恒压气源及恒压控制系统，使气压密闭工作，空气弹簧的工作过程不是等压过程，而是动载状态，由此产生了非线性硬特性的弹性力（如图4中的点划线曲线所示），既改善了系统的运转特性，又节省了大量附加投资。

另外，振动磨机的机体是由若干个空气弹簧支撑的，一旦某个弹簧在机器运转中发生破坏，强大的惯性力就可能造成人身或国家财产的损失，但以前的振动磨设计者都没有考虑和顾及到这一点。为了保证设备及人生安全，本发明设计了一种自动保护装置，称之为气电控制系统，其结构和工作原理如图6和图7所示。本发明的自动保护装置由一个密闭的缸体1，活塞2、连杆3、压缩弹簧4以及控制和执行机构20组成。活塞2把缸体1分为左右两室，左室充入压力空气，气压的大小与支撑机体的空气弹簧内部的气压相等，右室由压缩弹簧4支撑，保持活塞2处于一种静平衡状态。为了避免支撑机体的四个空气弹簧的气压互相串通，又使四个空气弹簧的气压相一致，在缸体1上装有四个单向逆止阀5，分别与四个空气弹簧的气室相通。控制和执行机构20由控制磨机电机电源的动触头6和静触头7以及防弧罩8组成，在振动磨机正常工作时，活塞2不动作，控制和执行机构20的触头6和7是常闭的;一旦隔振系统气压低于某一临界值，或者某个空气弹簧突然破坏，缸体1内的气体即通过单向逆止阀5向空气弹簧补充，或者与外界大气相通，于是，缸体1内的气压迅速降低，压缩弹簧4就推动活塞2并带动连杆3向左运动，使控制磨机电机电源的动触头6与静触头7分开，从而切断电机电源，磨机停止运动，从而避免了损失。灭弧罩8可使触头在分断过程中不受损伤。

本发明的无恒压气源操纵的空气弹簧系统及自动保护装置中的工作气压为（1.2～2.5）×9.8×10^-2MPa。

现结合附图6、7和8对本发明的振动磨机作系统性介绍。

本发明的振动磨机是一种由研磨筒体9、水平框架结构10、专用无恒压气源操纵的空气弹簧隔振系统11，冷却装置12，激振装置和自动保护装置等组成的振动磨机。筒体9与框架10和长环13通过螺纹联接在一起，定位销21保证筒体在运转中不发生自转现象，激振器安装在框架10的心部，框架通过弹簧上支座14与空气弹簧联接在一起，并通过空气弹簧及其下支座15与机座19相连。电机16经双向弹性联轴器17和传动轴18直接带动激振器运动，使机体作园运动，介质在机体带动下也进行着某种振动，从而使物料得到粉磨。

传统的粉磨理论认为：物料在机体内滞留的时间越长，则得到的产品粒度越细。但发明人通过大量试验研究证明：滞留时间不是决定产品细度的主要因素，当机体振幅提高3倍时，尽管滞留时间缩短到原来的四分之一，但在同样产量的情况下，产品的平均粒度却比原来更细了。基于这种结果，本发明的振动磨机采用了一种双筒并联的无篦板粉磨作业方法，即在出料端无篦板，并用贯穿筒长的长棒作介质，长棒直径为φ3～φ25mm，从而大大缩短了滞留时间，保证了高效率作业，并使产品粒度均匀。在此之前的振动磨机均采取带篦板加小介质（球或段）的作业方式，使产品粒度不均匀。

本发明的振动磨具有下述优点：

1.无扭振，保证了园运动，延长了零部件的使用寿命。

2.自动保护装置提高了磨机的可靠性。

3.无恒压气源操纵的空气弹簧隔振系统使磨机运转平稳，并节省大量辅助投资。

4.由于采用无篦板粉磨作业方法，产品粒度分布均匀，质量提高。

文件名称    页行    补正前    补正后

说明书    4    14    在传说的隔振理论中，    在传统的隔振理论中，

权利要求书    1    17    能头和静能头    触头和静触头

Claims (7)

1、一种由研磨筒体、水平框架结构，空气弹簧、激振装置和组成的振动磨机，其特征在于所说的四个空气弹簧相互倾斜一定的角度，进料端的两个弹簧和出料端的两个弹簧各自相互倾斜，每端的两个弹簧的中心线的延长线在机体纵向中心线正上方两两相交，形成两个三角形，两个三角形顶点的连线与机体中心线位于同一个垂直平面内，在保持机体水平状态的同时，使出料端弹簧在上述垂直平面内的倾角β稍大于进料端弹簧在该垂直平面内的倾角α。

2、如权利要求1所述的振动磨机，其特征在于所说的空气弹簧为无恒压气源操纵的空气弹簧系统，空气弹簧的工作过程不是等压过程，而是动载状态。

3、如权利要求1、2所述的振动磨机，其特征在于所说的振动磨机带有自动保护装置，该装置由一个密封的缸体、活塞、连杆、压缩弹簧和控制和执行机构组成，活塞把缸体分为左右两室，左室充入与支撑机体的空气弹簧的气压相等的压力空气，右室由压缩弹簧支撑使活塞处于一种静平衡状态，在气缸上装有四个单向逆止阀分别与四个空气弹簧的气室相通，控制和执行机构由控制磨机电机电源的动能头和静能头以及防弧罩组成，在振动磨机正常工作时，活塞不动作，控制和执行机构的动触头和静触头为常闭状态，一旦隔振系统的气压低于某一临界值或者某个空气弹簧突然破坏，缸体内的气体即通过单向逆止阀向空气弹簧补充或者与外界大气相通，缸体的气压于是迅速降低，压缩弹簧推动活塞并带动连杆向左运动，使控制和执行机构的动触头与静触头分开，从而切断磨机电机电源，磨机停止运动。

4、如权利要求2所述的振动磨机，其特征是所说的无恒压气源操纵的空气弹簧系统的工作气压为（1.2～2.5）×9.8×10^-2MPa，所说的倾角α为70～80°，倾角β比α大5～10°。

5、如权利要求3所述的振动磨机，其特征是所说的无恒压气源操纵的空气弹簧系统和自动保护装置的工作气压为（1.2～2.5）×9.8×10^-2MPa，所说的倾角α为70～80°，倾角β比α大5～10°。

6、如权利要求1、2、4所述的振动磨机，其特征是采用长棒介质无篦连续粉磨作业方法，所说的长棒介质直径为3～25mm。

7、如权利要求5所述的振动磨机，其特征是采用长棒介质无篦连续粉磨作业方法，所说的长棒介质直径为3～25mm。

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