双质体惯性共振式振动放矿机的设计.pdf

20 0 1年 5月 第 3 0卷第 3斯 有色矿山 Non f e r r ou s M i ne s M a v ． 2 0 0 1 Vol 30 No 3 、 i 矿山设备 i ⋯ ≈ 双 质体惯 性 共 振式 振 动放 矿 机 的设 计 王 东 北 京 有色 冶 金 设计 研 究总 院 ． 北 京 1 0 0 0 3 8 [ 关 键 词 ]双质 体 ；放 矿 机 ；设 计 [ 摘要 】介绍 r积质体振动放矿机的设计理论 、 设计参数的选取及结构设计中应注意的一些 问题 [ 中圉 分 类号 ]TD 4 0 2[ 文 献 标调 码 ]A[ 文 章 编号 】1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 01 0 3 0 0 3 5 0 4 De s i g n of d oub l e m a s s i ne r t i a r e s o na nc e v i br a t i ng f e e de r W AN G Don g Be Oi n g C e n t r a l En n e e r i n g ＆Re s e a r c h I n s t i t u t e f o r No n 一 丘t r o l l s Me t a l l u r g i c a l I n du s t r i e s ， Be Oi n g 1 0 0 0 3 8，Ch i n a Ke y wo r d s d o u b l e ma s s ；v i b r a t i n g f e e d e r ；d e s i g n Ab s t r a c t Th e p a p e r e x p o u n d s t h e o r y o f v i b r a t i n g f e e d e r d e s i g n ，c h o o s i n g o f d e s i g n p a r a me t e r s ， a n d ma t t e r s n e e di n g a t t e n t i o n i n s t r u c t u r e d e s i g n． 1 前 言 2惯 性 共 振 式 振 动 放 矿 机 在金 属矿 山和非 金 属 矿 山中 ， 放矿 是 一 种 繁重 而危 险 的工 作 ． 早期 的放 矿 设 备 以 闸 门和 铁板 给矿机 为主， 闸 门放 矿难 以控 制， 铁 板 给矿机 维修 费用高 。为 r减轻 工人劳 动强 度和提 高作 业安 全 性 ． 对放 矿设 备 的 研 究 尤 为重 要 ， 近几 年随着振 动理 论 发展 ， 振动放 矿 以其 特有 的优 势正 在逐步代替 原有 的放矿方 式 。在 目前 使 用的 振 动放 矿 机 中， 绝 大 多数 都是单 质体 放 矿机 ， 单 质 体放 矿机 的设 计理 论较 为简单 ， 所 消耗 能 量和 冲击较 大 ． 难 以实 现大 型化 双 质 体惯 性 共振 式放 矿 机 由于其 采用 了共振 特 点和 互 平衡 理 论， 使 得 冲击 和 能量 消耗大大 减小 ， 运 行平 稳 。 [ 收 稿 日期 】2 0 0 0 ． 1 0 2 7 [ 作 者 简介 ]王 东 1 9 6 7一 ． 男 ， 山东 郓 城 人 ， 高 级 工 程 师， 从 事矿 山工程 设 计 工 作 双质 体惯性 共振 式振动放 矿机 由于其所 具 有的一些 优 点 正 在逐 步被 广泛 应 用． 但 其 设计理论 相 当复 杂 ， 因为 橡胶 弹簧具 有 非 线 性 特性 ， 非线性 方程 的求 解相 当复杂， 而 且也 没有 固定 的方法 。笔者提 出 了一种简便 的近 似分析方 法 ， 即用线性 近似代 替非 线性 ， 在工 程计算 中误 差较 小 ， 满 足 了工 程设计 需要 。 2 ． 1 工 作原理 图 1表 示惯性 共振式 振动 放矿 机 的工 作 圉 1 惯性共撮式撮动放矿机工怍机 构 维普资讯 有色矿山 2 0 0 1正 机构 ， 槽体 通过 隔振弹 簧 固定 在矿仓上 ， 激 振 器位于 槽体的 左下方 ， 该激 振器 为单轴 式， 其 回转 主轴上 装 有偏 心块 ， 偏 心块 回转 产 生 沿 圆周 方向变化 的激振力 ， 使 系统产 生振 动， 主 轴装 于平 衡架 中心 ， 平 衡 架 与槽 体 间装 有 剪 切橡胶 弹簧 ， 槽 体、 平 衡架 与剪 切橡 胶弹簧 组 成在近共 振情 况 下 工 作的 双 质体 系统 。 沿 剪 切变形方 向产 生 近 共振 的 振 动， 而 在 垂 直 图 2所示 方 向远离共 振 ， 其振幅 很小 ， 因而 可使槽体 获得近 似直线 的长椭 圆的运 动轨迹 其长轴 沿 Y方 向， 短轴 沿 - r方 向 ， 槽 体 、 平 衡 架与 隔振弹簧组 成在 非共振情 况下工 作 的 隔振 系统 此 外。 由于 偏 心 主 轴离 机体 重 心 有 一定距离 ， 它所 产生 的 激振 力矩 会 使槽 体 与平衡 架对 其合成重 心 产生摇摆 振动。 囤为 这种摇摆 振 动 远离 共振 ， 它 所 产 生 的摆 动振 幅很 小， 所 以 它对 整 个 系统 的 振 动 没有 明显 影响 ， 近似 计算 时可忽略 围 2力学 模型 2 ． 2 系统 的力学模型 及近似 方程 的求解 围 2为其力学模 型， 图 2中 O． 和 O， 分 别 为履体 1 m1 和 质体 2 m 2 的重 心 ， 取 直 角坐 标 系 y o x ， 其 中 平 行 于 橡 胶 弹 簧 剪 切 变形方 向， 由于 剪 切 橡 胶弹 簧是 一种 弱 非 线 形的弹性 元 件， 因此该 系统 是弱 非 线性 的 多 自由度 系统 。但 在近 似 计 算 时 ， 可 用 线性 振 动系统来 代替， 计算误 差较 小， 满 足 了工 程设 计 需 要 。 为 了简 化计算 ， 假 定质 体 1 m 和 质 体 2 ” 2 之重 心重 合 ， 同时 略 去 系统 阻 尼影响 ， 隔振弹簧 刚度 近 似取 为零 ， 剪 切 橡 胶 弹簧 在 r方 向的刚度很 大 ， 困而取 -r 。 -r z 这 时 系 统近 似方程式可 写 为 n I j I 十k Y 1 一Y 2 0 2 Y2一k Yl Y2 0 Ⅲ‘ r s l n f “ 1 “ 2 ；1 o ∞ r c o s ￡ 1 式 中 Y 。 ， Y 2 质体 1和 质体 2沿轴 Y方 向 上的 位移 ； j ， ， 多 2 质体 1和质 体 2沿 轴方 向上 的加速度 ； Ⅲ ， 2 质体 1和质体 2质量 ； 剪 切橡 胶 弹簧 沿 Y方 向上 的 刚 度 ；I ， ；2 质体 1和 质体 2在 z 方 向 上的 加速度 ； Ⅲ 偏 心块 质量 ； r 偏 心距 ； 主轴 回转 角速度 。 由式 L 的第 三式可得 1 X2 A c o s t 2 其 中 A Ⅲ0 r ／ Ⅲ1 2 式 1 中第 一 式和 第 二 式相 减利 用相 对 位移 YY1 一 2 表 示的方 程式为 ， 十七 I ／ 2 mj r s i n f 3 式 中 诱导 质量， Ⅲ l m2 ／ l 2 4 方程 3 的强迫振 动响应 Y A s i n t 5 A 一 0 。 r ／ 2 一 ∞ z j 0 r ／ 2 1 一z j 6 式 中 z0 频 率 比， z0 ∞／ n 7 由方程 1 的第一式得 l Y】 k y y0 8 将式 5 的 Y代八 上式可得 l A 1 s i n t 9 其 中 A I ／ m1 2 又 网 1 ～ 2 ， 所 以 2 Yl YA2 s i n f 1 0 其 中 Ay 2 Ay 1 一Ay k y ／ m1 。 一1 A 维普资讯 第3 期 王东 双质体惯性共振式振动放矿 堕 一． ． 翌 [ z Um 2 1 ／ l m2 ] 0 r ／ 1 一z j 1 1 假如考虑 阻尼 隔振 弹簧的 影响 ， 则式 I 可写 为 1； l 1 一 2 k y 1 一Y 2 kl 。| 0 2； 2一 l Y ’ 2 一 l 2 0 r s i n t 1 2 王1 k l 一 0 r e o s t 1 2 由上式 的第三 式得 z1 2 A 1 c o s o t 式 中 A 1 o o 2 r l E k L 一 L “ 2 Ⅲ ] 1 3 由式 1 2 的第 一 、 二式弭 my f 一 ／ 2 o r s i n t 1 4 上述方 程 的强迫 振 动响应 为 YA s i n “口 1 5 其 中 A， 一 m／ m2 o ∞ r ∞s 口 ／ k ， 一m∞ a r c t g f w／ k ∞ 1 6 质体 1 、 2的位 移 Y l A i s i n 6 o r 一。 1 2 A ,2 s i n o tc t 2 v 1 7 其 中 A 1 一 ／ 1 m2 C O S 1 A 2 [ ／ 1 ∞ 一1 ] A ／ ms ； 2 Y l ， a r c t g f j o ／ 0 y 2 a r c t g f ． s ． ／ 0 一 1 ∞ ／ 0 a l n y 1 ， 2 口 Y 2 ， 1 8 设 6 4／ 2 ∞ 0 ， Z 0 ／ 0 0 1 9 则 A 一 ／ m 2 z 5 o r c o s ／ 1 z D 口 a r c t g 2 b Z 0 ／ 1 一z j A 1 0 r c o S 口 ／ 1 Ⅲ2 1 一z ob A2 m 0 r [ Z ／ Ⅲ2 一i ／ 1 2 ] 。 r c o s a ／ 1 一z 5 c 。 s y 2 y l a r e t g 2 b Z0 7 2 a r c t g 2 b Z 0 ／ 1 一m1 z j ／ m 根据式 1 4 、 1 5 、 1 6 可求得高 阶固有 频率 ， 即 主振系统 的固有频 率 ∞ o 2 √k l m2 ／ l 2 根据式 1 3 和 1 2 ， 可求 得两 个 低 阶 的 固有频 率 ， 即隔 振系统 的固有频率 ∞ 0 1 √ l ／ l 十 2 m0 l √k l ／ m1 2 3 振动放矿机结构设计 该种振 动放 矿 机 主要 部件 包 括 三部 分 ， 即槽体 、 激振 器 和隔振 系统 。 槽体 一般用 钢 板 弯 曲 而成 ， 在 槽体 周 围 加 筋板 以加强槽体 强度 。槽体重 量应尽 量减 小 ， 这样 可减小激 振 电机 的功率 ， 槽体 的厚度 不宜 太 薄， 太 薄 很 容 易 磨 坏 ， 一 般 取 l 0～ 1 4 ram， 如果有 些 矿 山矿 石 硬度 较 大 。 磨 损 较 快 ， 也 可加 衬 板 ， 这 样 槽 体 的 厚 度 可适 当减 小 。槽体 在制 作过程 中应尽可 能减 小应 力集 中 的部 位， 折 拐点应 采用 圆弧 过渡 ， 如果 这些 部位存在较 大应 力集 中， 在 振 动 放矿 机工 作 时很 容易开 裂 。 激振器 是振 动 放 矿机 的核 心部 件 ， 其 设 计较 为复杂 ， 它包 括 弹性 系统 的设 计 和 相 关 连接 件的设计 ， 弹性 系统 一般 采用天 然橡 胶 ， 其形式有 圆筒状 和矩 形状 ． 橡 胶 具有 弱 非 线 性 ， 在工 程设 计 多接 线性 考 虑 ， 其 误 差 较 小 ． 满足 了工 程 设计 的需要 ， 橡 胶 弹簧 不 同于 金 属弹 簧 ， 它在 振 动过 程 中， 刚 度 会有 所 增 加 ， 因此 ， 橡胶 弹簧存 在一个所 谓 的动刚度 系数， 此系数一 般取 1 ． 1左 右 ， 在进 行 橡 胶 弹簧 设 计中还应 注意 橡 胶 弹簧 的 变形 不 宜过 大 ， 如 过大 容易产 生撕裂 ， 使 用寿命降低 ， 一 般剪切 橡 胶 弹簧 不超过高 度 的 1 5 ％为宜 。 这 就要 求 在选 择振动 放 矿 机 的相 对振 幅时 不 宜过 大 ， 橡胶弹簧在 装 配 后应 有 一 定的 压 缩 量， 以 保 证 在垂 直 于剪 切 方 向上 的刚 度接 近 无 限 大 ， 这 样振动放 矿机的运动 轨迹 能接近 于直线 。 维普资讯 有色矿山 2 0 0 1正 隔 振系统 的设 计应 注意使 隔振 系统 的固 有频 率远离 激 振频 率 ， 一般 放 矿 机 在远 超 隔 振 系统 的固有频率 状 态下工 作 。 4 振动放 矿机动力学 参数 的选取 惯性共 振式振 动放 矿机的动 力学 参 数的 正确选 取与计算 是保证 其正常有 效工作 的重 要 条件 ， 这里 仅 对 几个 主 要 的动 力 学 参数 的 计算方 法加 以说 明 1 主振 动 系统 的频 率 比与 隔振 系统 的 频率 比。主振 动 系统 的频率 比 当 非 线形 很 弱时， 一般取 0 、 8 5 ～0 、 9 5 ， 当非 线 形较 强时 ， 一 般取 1 ． 0 5 ～1 ． 1 。 隔振 系统 的频 率 比一 般 取大于 3 ， 即取隔 振 系统 的固有频率 为 1 5 0 ～ 2 5 0次／ r o A n 。 2 主振 弹 簧 刚度 和 隔振 弹 簧 刚 度 。主 振弹簧刚度 k ／ z 5 ； 隔振弹簧总刚度 ∑k 1 7 ,l o A ／ z v 。 3 质体 1和 质体 2的 质量 比。按 照 式 1 0 ， 质量 比可 按下式 计算 2／ 17l 1 1 ／ [ A1 ／ A 1 ／ Z 5 1 4 激振 力的 确定。偏心块 质量矩 ∑17l 0 r 2 A 1 Z ； ／ z 5 c o s d ， 口a r c t g 2 b Z o ／ 1 一z g 所需激 振力 ∑m 0 m m 2 A 1 z i 6 0 2 ／ z 6 c o S n 5 惯性 共 振 式振 动放 矿机 电机功 率 的 确 定 。 N N1 N2 ／ 其 中 N1 A ／ 2 0 4 N2 0 t o , - f , d2 0 4 式 中 传动教率 ； Nl ， N2 振 动 阻 尼与轴 承 摩 擦 所 消 耗 的功率 ； 轴 承唪擦 系数 ； 当量振 动阻尼 系数 。 5结 论 惯性 共振式 振 动放 矿机用 于溜 井和 矿仓 给矿获得 满意 效 果， 其 噪声低 、 能 耗 小 、 启 动 停 车迅 速 。 惯性 共振式 振 动放 矿机具 有软式 弱非线 性特性 ， 主 振 系统 频 率 比可 取 0 、 8 5～0、 9 5 ， 质量 比可取 0、 7 ～0 ． 8 。 在近似 计算 时 ， 可按线性 系统进 行计算 ， 其误差并 不显著 。 [ 参考 文献 ] [ 1 闻梆 椿 ． 刘 风 翘 振 动 机 械 的 理 论 及 应 用[ M] 北 京 机械 工 业 出 版杜 、 】 9 8 2 [ 2 古 德 主 ． 王 惠 英振 动 出矿 技 术 [ M ]长 沙 中 南工 业 太学 出版杜 ． 1 9 8 9 采 用新技 术处理硫尾矿 江西 南康 宏发矿业有限责任公司采 用新 技术 、 新 r艺对被废 弃的硫 尾矿进行冶选 ， 取 得可 观 的经 济效益和生 态效益。 F I 前。 该项成果被 省内专家及上海科技情 报所鉴定 已达国 内领先水平 ～ 赣 南蕴 藏 丰富 的矿 产资源。 素有“ 钨都” 之称 ， 每年浮选 钨 矿时 ， 产生近 万吨 含有铋 、 银等 多 种 有价元素 的硫尾 矿。 多年 来。 由于沿 用传统落 后 的冶选 技术和 工 艺。 既 浪 费了 宝贵 的资 源 ， 又造 成 了环境 的严重 污染 。为充分提 高硫尾 矿的综 台利 用率 ， 使其变 废 为宝 ， 1 9 9 8年开 始． 南康 市宏发 矿业有 限责 任公 司组织精 干技术 人员 ， 专门进行硫 尾矿综 合利用 的研究 和试验 ． 经 过近 两年的反 复实验和论 证 。 他 们用盐酸 、 硝酸 等 作浸 出液 。 以较 低的 成本 成 功地 冶选 出 含量 较高 的硫铁 精 矿及铋 银合 金 。据 计算 ， 每 回收加工 i t 硫尾 矿收入 可达 7 6 8元 。 该 公 司每 月可 创利 税 2． 3 7万 元。 同时 ， 经过 密 闭式预 处理除 尘室 、 废水池等特 殊装置 的净化 处理， 消除 F对 环境的 污染 ， 取 得 了良好 的生态效 益和经济效 益。 摘 自 中国有色 金属 报 维普资讯