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The improvement of manufacturing equipment, making all kinds of machinery and equipment as the important equipment of industry also has many new changes, especially vibration screening machinery products, and its status in today's mechanical products is more and more important. This topic from at home and abroad at present, vibration of the development to proceed, system analysis of the biaxial elliptical vibration sieve process, function, development trends and so on, and then analyzes the structure of vibrating screen, some of the general parts, the principle of vibration screening process characteristics. This paper mainly introduces a biaxially self synchronized elliptical vibration screen, through the vibrating screen design of the specific steps and parameters selection and calculation, fully familiar with the structure characteristics of vibrating screen, and mechanical design experience, as a demonstration to other vibration screen design. Keywords：Dual-axis Elliptical vibrating screen Vibration exciter Screening equipment Sieve -5- 目 錄 摘　　要 1 Abstract 2 目 錄 3 引 言 5 1 緒 論 7 1.1 振動輸送機(jī)簡介 7 1.2 國內(nèi)外振動輸送機(jī)的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀 8 1.3振動機(jī)械自同步特性的研究現(xiàn)狀 10 1.4 本章小結(jié) 11 2 直線振動輸送機(jī)的工作原理及物料的運(yùn)動理論 11 2.1直線振動輸送機(jī)的動力學(xué)原理 11 2.2直線振動輸送機(jī)面的運(yùn)動分析 12 2.3輸送機(jī)面上物料的運(yùn)動分析 13 2.4物料在拋擲過程中的周期性分析 15 2.5結(jié)構(gòu)方案的擬訂 16 2.6 雙軸自同步性分析 20 2.7 本章小結(jié) 21 3振動輸送機(jī)的運(yùn)動學(xué)參數(shù)與性能參數(shù) 22 3.1角頻率的選擇與計算 22 3.2 槽體傾角α0的選取 22 3.3 振動方向角的選擇 22 3.4 拋擲指數(shù)的選擇 22 3.5 輸送機(jī)振幅的計算 23 3.6 物料的平均速度 23 3.7電動機(jī)功率的計算及電動機(jī)選擇 24 3.8 本章小結(jié) 25 4輸送機(jī)各部分的設(shè)計與選擇 26 4.1 輸送機(jī)箱體的設(shè)計 26 4.2激振器的設(shè)計 28 4.3減振彈簧的設(shè)計 32 4.4減振裝置設(shè)計 33 4.5聯(lián)軸器設(shè)計 34 4.6本章小結(jié) 35 5輸送機(jī)關(guān)鍵零件的校核 36 5.1鍵的校核 36 5.2軸承壽命的校核 37 5.3本章小結(jié) 38 結(jié) 論 39 致 謝 40 參 考 文 獻(xiàn) 41 引 言 在工業(yè)生產(chǎn)和生活中，人們都使用或接觸過許多機(jī)器，這些機(jī)器能承擔(dān)人力不能或不便承擔(dān)的工作，能大大提高人們的勞動生產(chǎn)率，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，還能改善人們的勞動環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，尤其是使用機(jī)器可大規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高度的機(jī)械化生活的需要。因此使用機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)的水平是一個國家綜合國力的標(biāo)志，也是這個國家工業(yè)化水平的標(biāo)志。 此次我們設(shè)計的機(jī)器為直線振動輸送機(jī)。 該機(jī)用于各種顆粒狀，中等塊度以下的非粘性物料（含水量小于5%）。最適宜于輸送高磨耗，高溫度（300度以下的物料）如水泥，熟料，烘干熱礦渣，沙等，還可以用于冶金，礦山，化工，電力等行業(yè)，是一種理想的新型輸送設(shè)備。本機(jī)有以下特點(diǎn)： 1.輸送量大，重量輕，電耗低。 2.負(fù)載特性好，機(jī)槽振幅受電壓波動動輸送量的影響很小； 3.起動快，在滿足負(fù)載的情況下正常起動；起動快，停車時整機(jī)穩(wěn)定。 4.結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試容易，磨損件少，維修量小。 5.安裝方便，不需要專用的地基和地腳螺栓，便于移動位置。 6.隔振性能好，故適宜水泥及礦渣庫頂輸送。 本機(jī)主要組成部分： 本機(jī)主要由出料槽體、底架、主振彈簧、減振彈簧、彈簧座、振動電機(jī)等部件組成。 1.輸送槽體截面采用優(yōu)化理論確定，槽體采用耐熱板制作，各段間的連接部件要求平整。 2.振動電機(jī)兩臺采用穿透螺栓連接，激振力可調(diào)。 3.主振彈簧為非線形彈簧，可用調(diào)整螺栓調(diào)節(jié)其預(yù)壓縮量，以適應(yīng)不同比重的物料輸送。 該產(chǎn)品由于研制及小批量生產(chǎn)狀態(tài)，其工時、工裝費(fèi)用較高，使成本提高，在推廣新產(chǎn)品的同時，嚴(yán)格控制產(chǎn)品的各種消耗，在保證質(zhì)量的前提下，進(jìn)一步降低成本，降低費(fèi)用，加強(qiáng)核算，就能使該產(chǎn)品的價格進(jìn)一步降低，取得更好的社會效益和經(jīng)濟(jì)利益。 1 緒 論 1.1 振動輸送機(jī)簡介 振動輸送機(jī)是通過激振源產(chǎn)生的激振力，強(qiáng)迫物料在振動輸送機(jī)的槽體內(nèi)按一定方向做簡諧運(yùn)動。當(dāng)其運(yùn)動速度達(dá)到一定值時（大于重力加速度），物料便在承載體（槽體）內(nèi)做微小的連續(xù)的拋擲運(yùn)動，從而使物料向前運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)輸送目的。激振源的選擇是振動機(jī)械設(shè)計的一個關(guān)鍵問題，考慮上述工況下輸送機(jī)的載荷、速度情況等，參考國內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗，以振動電機(jī)為激振源可使結(jié)構(gòu)簡化、調(diào)節(jié)方便、安裝維修量小、能耗降低。激振電機(jī)是在電機(jī)軸上安裝偏心塊，振動電機(jī)工作時，電機(jī)帶動偏心塊做回轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生激振力，該類振動輸送機(jī)采用兩臺振動電機(jī)產(chǎn)生一個合成的斜向上的振動力，使物料在槽體內(nèi)做斜向上簡諧運(yùn)動。兩臺電機(jī)不斷振動，物料連續(xù)做周期拋擲運(yùn)動，從而達(dá)到輸送物料的目的。 在礦山、水泥、冶金等行業(yè)中，大量使用的是慣性振動輸送機(jī)，一般習(xí)慣地稱之為振動輸送機(jī)。將振動輸送機(jī)按輸送機(jī)面工作時運(yùn)動軌跡的特點(diǎn)，分為圓運(yùn)動振動輸送機(jī)(簡稱圓振動輸送機(jī))和直線運(yùn)動振動輸送機(jī)(簡稱直線振動輸送機(jī))。本節(jié)主要討論目前在工業(yè)上大量使用的直線振動輸送機(jī)。其中，直線振動輸送機(jī)因其激振器有兩個軸，又被稱為雙軸慣性振動輸送機(jī)。該振動輸送機(jī)的運(yùn)動軌跡簡單、物料的運(yùn)動情況良好，并具有較高的輸送效率；此外，該振動輸送機(jī)的輸送機(jī)面可以水平安裝，故輸送機(jī)分機(jī)高度較低；與其他輸送機(jī)分機(jī)相比，該振動輸送機(jī)還具有較大的振動和速度等優(yōu)點(diǎn)。基于以上原因，該振動輸送機(jī)在物料的脫水、脫泥、脫介和分級等領(lǐng)域中應(yīng)用非常廣泛。 直線振動篩的分類如下所示: 直線振動輸送機(jī)按驅(qū)動電機(jī)的數(shù)量可分為：單電機(jī)驅(qū)動直線輸送機(jī)，雙電機(jī)驅(qū)動直線輸送機(jī)。 直線振動輸送機(jī)按激振器的類型可分為：筒式激振器直線輸送機(jī)，箱式激振器直線輸送機(jī)。 直線振動輸送機(jī)按電機(jī)是否為振動電機(jī)可分為：普通電機(jī)驅(qū)動直線輸送機(jī)，振動電機(jī)驅(qū)動直線輸送機(jī)。 1.1.1直線振動輸送機(jī)優(yōu)點(diǎn) 該機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、重量較輕、造價不高；能量消耗較少、設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用低；潤滑點(diǎn)與易損件少，維護(hù)保養(yǎng)方便；物料呈拋擲狀態(tài)運(yùn)輸，對承載體磨損少，可輸送磨琢性材料；可以多點(diǎn)給料和多點(diǎn)卸料；便于對含塵的、有毒的、帶揮發(fā)性氣體的物料進(jìn)行密閉輸送，有利于環(huán)境保護(hù)。 1.1.2直線振動輸送機(jī)缺點(diǎn) 向上輸送效率低；粉狀和含水量大、粘性物料輸送效果不佳；制造和調(diào)試不良時噪音加大；某些機(jī)型對地基有一定的動載荷；輸送距離不長。 1.2 國內(nèi)外振動輸送機(jī)的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀 1.2.1 振動設(shè)備的發(fā)展歷程 振動設(shè)備的發(fā)展主要包含振動輸送設(shè)備以及振動篩分機(jī)械的發(fā)展，其兩者的原理 最早的篩分機(jī)械的研究與生產(chǎn)可以追溯到16世紀(jì)，出現(xiàn)在歐洲，直到18世紀(jì)借助歐洲工業(yè)革命，篩分機(jī)械才得到迅速的發(fā)展[6]。到目前，篩分機(jī)械領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)完善，機(jī)械設(shè)備的制造水平也相當(dāng)高[7]。 國內(nèi)的篩分設(shè)備的研究設(shè)計水準(zhǔn)與國際比差距還是相當(dāng)明顯的，篩分機(jī)械設(shè)備的研發(fā)創(chuàng)新還都來源于國外的篩分設(shè)備公司[8]。國際上篩分設(shè)備方面的大公司主要有[9-12]，德國的肖申克公司，致力于設(shè)備種類的開發(fā)，已可以提供出近300種的篩分設(shè)備； KHD公司在篩分設(shè)備的通用化方面做得相當(dāng)出色；在技術(shù)創(chuàng)新方面，雙傾角的篩分設(shè)備已被KUP和海音樂曼公司開發(fā)出來；通過結(jié)合旋轉(zhuǎn)和旋和運(yùn)動，東海株式會社和RXR等公司合作開發(fā)出了垂直料流篩，此種篩子對小直徑物料的一次分級效果非常好； 振動設(shè)備國內(nèi)的的研究開始，最早出現(xiàn)在解放初期。由于起步較晚，我國的振動篩分設(shè)備在發(fā)展過程中不可避免的經(jīng)歷了測繪仿制階段，上世紀(jì)五十年代，我國生產(chǎn)中必需的振動篩分設(shè)備主要引進(jìn)自前蘇聯(lián)和波蘭等國家。引進(jìn)的振動篩主要有TYll型圓振動篩和WP型吊式振動篩。通過對引進(jìn)的各種振動篩的測繪仿制，在這個時期我國仿制出國產(chǎn)振動篩，有SZZ系列的自定中心振動篩，在對國外的振動篩進(jìn)行測繪轉(zhuǎn)化的過程中，我國的科學(xué)家也在逐步的考試自行研究振動篩。二十世紀(jì)六十年代中期至八十年代初這段時間里，我國的學(xué)者先驅(qū)們通過自己的努力成功研制出了一批性能優(yōu)良的新型振動篩分設(shè)備。其中包括在當(dāng)時已屬于大型篩的1.5m×3m的重型篩、面積為18平米、32平米的共振原理篩系列、雙激振軸的振動篩系列以及自同步運(yùn)動振動篩、香蕉篩、概率振動篩和冷熱礦篩系列等等。在技術(shù)理論方面，學(xué)者們開始初步的使用自同步理論，設(shè)計時采用偏心塊振動器、復(fù)合彈簧等當(dāng)時已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn)的技術(shù)。由仿制到自行研制，這是我國振動篩分設(shè)備發(fā)展階段非常重要的一步，從此以后，我國振動篩分設(shè)備的發(fā)展進(jìn)入了迅速提高階段。改革開放以后，我國加大了對國際上發(fā)達(dá)國家先進(jìn)篩分設(shè)備產(chǎn)品的引進(jìn)，日本德國等機(jī)械傳統(tǒng)強(qiáng)國都是引進(jìn)的對象，這也為國內(nèi)對篩分設(shè)備的發(fā)展提供了與國際接軌的機(jī)會。在這一階段，我國研制出一批技術(shù)含量相當(dāng)高的振動篩，在相關(guān)科研技術(shù)方面取得了重大突破。比如振動概率振動篩、弛張篩、螺旋式三段篩以及在現(xiàn)在都屬于振動篩分先進(jìn)領(lǐng)域的琴弦振動篩和旋流振動篩都在這一時期有了技術(shù)上的突破。 1.2.2 振動輸送設(shè)備的發(fā)展 由于振動理論的日趨成熟及振動電機(jī)在振動機(jī)械上的應(yīng)用，使得世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家近年來在輸送機(jī)方面的開發(fā)與研制發(fā)展異常迅速?，F(xiàn)已廣泛用于礦山、冶金、建材、化工等各個領(lǐng)域。其發(fā)展趨勢大致有以下幾個方面： 1 標(biāo)含數(shù)優(yōu)化：重量最輕，造價最低、能耗最少；噪聲最小，效率最高，輸送量最大； 2 磨損輕，潤滑點(diǎn)少，磨損環(huán)節(jié)少，零部件壽命長，維修量小，維修費(fèi)用低； 3 輸送高溫材料：允許輸送物料的溫度可達(dá)350℃，短時溫度可達(dá)680℃—1000℃； 4 承載構(gòu)件做成密封結(jié)構(gòu)，便于封閉輸送粉塵性大、有毒、有揮發(fā)性異味、危害人體健康和環(huán)境衛(wèi)生的物料； 5 輸送過程中，可同時完成其他工藝作業(yè)，如篩分、混合、烘干和加熱、冷卻、清洗等，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用； 6 可水平或傾斜安裝，一般向上、向下傾角分別不超過12°—15°； 近年來，國內(nèi)在振動輸送機(jī)方面也得到迅速發(fā)展和應(yīng)用。不少研制單位、高校及廠家對 振動輸送機(jī)進(jìn)行了廣泛的研究，但就其效率、功能、規(guī)格、壽命等諸方面與發(fā)達(dá)國家相比，還有較大的差距。國內(nèi)較為成功的結(jié)構(gòu)形式主要有：單管、雙管輸送機(jī)、平衡式、不平衡式輸送機(jī)，單質(zhì)體、雙質(zhì)體輸送機(jī)，偏心連桿式、慣性激振式、電磁激振式輸送機(jī)。慣性式振動輸送機(jī)是近年來開始研制的，其長度多在7m以下，個別樣機(jī)可達(dá)12m。 目前，國內(nèi)同類產(chǎn)品存在主要問題如下： 1 動裝置多采用偏心連桿機(jī)構(gòu)，偏心連桿負(fù)荷大，應(yīng)力高，槽體的彎曲應(yīng)力大，槽體的橫向剛度要求高，由此整機(jī)重量也成正比增加； 2 結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工件多，安裝、調(diào)試、維修工作量大，機(jī)體重量大，功耗大，效率低； 3 當(dāng)設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試不當(dāng)時，常產(chǎn)生較大噪聲和振動，彈簧易損壞，維修量過大，影響機(jī)器的正常工作； 4 激震源效率低，壽命短，易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致維護(hù)工作量大，成本提高，以至整機(jī)壽命大大縮短； 5 彈性或剛性連桿驅(qū)動集中作用于輸送機(jī)槽體和底架上，使該處極易損壞或斷裂。 在本次設(shè)計中，我們設(shè)計的主要是雙軸自同步式慣性振動輸送機(jī)，即我們說明的直線振動輸送機(jī)。 1.3振動機(jī)械自同步特性的研究現(xiàn)狀 雙軸式和多軸式慣性振動設(shè)備，為了保證其各慣性激振軸的同步運(yùn)轉(zhuǎn)，可以通過強(qiáng)迫聯(lián)系法和自同步方法來實(shí)現(xiàn)。由于自同步法具有噪聲小、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)動平穩(wěn)等諸多優(yōu)點(diǎn)，在各個行業(yè)已得到了廣泛的應(yīng)用。自同步現(xiàn)象在自然界的存在是很廣泛的?；趧恿W(xué)、機(jī)械學(xué)原理的自同步理論，可以實(shí)現(xiàn)兩臺或多臺電動機(jī)的無強(qiáng)制自同步運(yùn)行，于是自同步慣性振動設(shè)備就被研制出來。目前在各工業(yè)部門中，這類自同步振動設(shè)備技術(shù)已經(jīng)被大范圍推廣，具體應(yīng)用有自同步振動給料機(jī)、自同步振動輸送機(jī)、自同步振動冷卻機(jī)、自同步振動成型機(jī)、自同步振動篩等。 1985年聞邦椿研究了激振器偏移式自同步振動機(jī)的運(yùn)動規(guī)律，導(dǎo)出了兩個偏心轉(zhuǎn)子做反向回轉(zhuǎn)時的同步性條件和自同步運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性條件。2006年11月西華大學(xué)的晏靜江在雙軸變橢圓軌跡篩的理論方面進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)與完善，并研制出效率較高的雙軸橢圓振動篩，已經(jīng)投入生產(chǎn)一線。2006年由湘潭大學(xué)陳文論證了三軸自同步理論的可行性，為三軸自同步橢圓篩的研制奠定了一定的理論基礎(chǔ)。2007年侯勇俊根據(jù)已經(jīng)建立的三電機(jī)自同步振動篩的動力學(xué)模型，根據(jù)一般完整系統(tǒng)的Hamilton原理，導(dǎo)出了該振動篩的三電機(jī)自同步條件和同步的穩(wěn)定性條件。其結(jié)果表明，三軸自同步橢圓篩在一定的條件下是能夠?qū)崿F(xiàn)自同步穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。2008年張楠、聞邦椿提出一種四電機(jī)激振的大型振動篩，并且建立了該振動篩系統(tǒng)的自同步條件和同步穩(wěn)定性判據(jù)。 1.4 本章小結(jié) 本章概括介紹了本課題的背景，振動輸送機(jī)械的簡介以及輸送機(jī)械的發(fā)展歷程，對直線振動輸送機(jī)的原理以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢做了詳細(xì)的介紹，最后提出了自同步實(shí)現(xiàn)的可能性。為后續(xù)的設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。 2 直線振動輸送機(jī)的工作原理及物料的運(yùn)動理論 2.1直線振動輸送機(jī)的動力學(xué)原理 圖2-1所示為直線振動輸送機(jī)的工作原理[6,134]。激振器的兩軸具有相同的偏心質(zhì)量和偏心距，且關(guān)于經(jīng)輸送機(jī)箱質(zhì)心的y-y軸線對稱，見圖2-1(a)。當(dāng)兩軸同步反向轉(zhuǎn)動時，所產(chǎn)生的慣性離心力可分解為兩個方向上的力：x-x軸線方向和y-y軸線方向。其中，x-x軸線方向的分力始終大小相同、方向相反，而y-y軸線方向的分力始終大小相同、方向也相同，故而合成后只存在單一的y-y方向的簡諧力。當(dāng)該合成力作用在輸送機(jī)箱上時，將驅(qū)動整個輸送機(jī)箱做直線往復(fù)振動。 1 2 4 3 β y y x x y y x x ω ω F 0 = m 0 r ω 2 F y = F 0 sin ω t ω t ω t r r m m F 0 = m 0 r ω 2 F y = F 0 sin ω t (a) (b) 1-激振器；2-支撐彈簧；3-輸送機(jī)箱；4-輸送機(jī)面 圖2-1 直線振動輸送機(jī)的基本工作原理 Figure 2-1 Linear vibrating screen’s working principle 任意t時刻時，兩激振器偏心重處在如圖2-1(b)所示的位置，可以求出兩偏心重產(chǎn)生的激振力隨時間變化的規(guī)律： (2-1) 式中，—結(jié)構(gòu)偏心質(zhì)量總和，，kg； —結(jié)構(gòu)偏心質(zhì)量產(chǎn)生激振力幅值，N； —系統(tǒng)經(jīng)歷轉(zhuǎn)動時間，s； —偏心質(zhì)量回轉(zhuǎn)半徑，m； —偏心質(zhì)量回轉(zhuǎn)角速度，rad/s； —振動方向上總的激振力值，N； —偏心塊質(zhì)量，kg。 從式(2-1)可以看出，要想產(chǎn)生能夠通過輸送機(jī)箱質(zhì)心的簡諧激振力，從而使輸送機(jī)箱作定向往復(fù)運(yùn)動，激振器必須作同步反向的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。對于激振電機(jī)激勵的直線振動輸送機(jī)來說，其工作原理與激振器激勵的原理相同。激振電機(jī)是由特制的電機(jī)加上激振重塊組成的，振動電機(jī)通電旋轉(zhuǎn)就會帶動電機(jī)軸兩端的偏心塊轉(zhuǎn)動產(chǎn)生慣性激振力。慣性激振力通過振動電機(jī)的軸承和底座傳遞給振動輸送機(jī)以代替普通電機(jī)帶動激振器給振動輸送機(jī)激勵。通常要使振動輸送機(jī)具有直線運(yùn)動軌跡，需要對稱并聯(lián)兩臺振動電機(jī)。 當(dāng)振動輸送機(jī)采用不同的運(yùn)動學(xué)參數(shù)，即振動頻率、振幅、輸送機(jī)面傾角和振動方向角時，可使物料在輸送機(jī)面上出現(xiàn)相對靜止、正向滑動、反向滑動和拋擲運(yùn)動四種運(yùn)動形式。物料作拋擲運(yùn)動時，可使物料分層，實(shí)現(xiàn)細(xì)粒物料的透輸送機(jī)，防止輸送機(jī)孔堵塞，并能獲得較高的輸送機(jī)分效率和生產(chǎn)率。因此，大多數(shù)振動輸送機(jī)均采用拋擲運(yùn)動狀態(tài)。 2.2直線振動輸送機(jī)面的運(yùn)動分析 直線振的輸送機(jī)面是沿振動方向作簡諧振動，輸送機(jī)面的位移方程為 式中 S —輸送機(jī)面運(yùn)動的位移(mm)； A —輸送機(jī)面的振幅(mm)； ? —激振器軸回轉(zhuǎn)相位角(rad)； t —時間(s)。 輸送機(jī)面運(yùn)動時的位移、速度和加速度分別在平行于輸送機(jī)面的 x 方向和垂直于輸送機(jī)面的y 方向的分量為： 式中，β 為振動方向與輸送機(jī)面的夾角，同時它又是物料顆粒跳離輸送機(jī)面瞬間的運(yùn)動方向 與輸送機(jī)面的夾角，故又稱之為拋射角。 2.3輸送機(jī)面上物料的運(yùn)動分析 物料在輸送機(jī)分時，輸送機(jī)面上的物料是由很多大小不同的顆粒所組成的顆粒群體。當(dāng)輸送機(jī)面振動時，所有顆粒都會受到輸送機(jī)面運(yùn)動的影響，但是只有最下面的物料才能與輸送機(jī)面接觸。物料群中的顆粒形狀各異、雜亂無章的聚集在輸送機(jī)面上，既有單獨(dú)運(yùn)動，又會相互影響，運(yùn)動非常復(fù)雜。為了研究物料運(yùn)動與輸送機(jī)機(jī)各運(yùn)動參數(shù)的關(guān)系，將輸送機(jī)面上物料的復(fù)雜運(yùn)動簡化成一個顆粒在緊貼輸送機(jī)面運(yùn)動。 當(dāng)輸送機(jī)面以不同的振幅和振動次數(shù)作連續(xù)振動時，輸送機(jī)面上的顆?？赡艹霈F(xiàn)相對輸送機(jī)面的正向滑動、相對輸送機(jī)面的反向滑動和拋擲運(yùn)動等不同的運(yùn)動狀態(tài)。振動輸送機(jī)工作時均采用拋擲運(yùn)動狀態(tài)，下面就對單顆粒在輸送機(jī)面上做拋擲運(yùn)動的特性加以研究。 假設(shè)單顆粒物料直接與輸送機(jī)面相接觸，其受力情況如圖2-5所示，輸送機(jī)面傾角為αs，輸送機(jī)面在該點(diǎn)沿圖中所示S方向往復(fù)簡諧運(yùn)動，當(dāng)振動輸送機(jī)正常工作時，輸送機(jī)面上顆粒的受力情況可表示為如下方程式： （2-10） 圖 2-5單顆粒物料在輸送機(jī)面上的受力 式中： N—輸送機(jī)面對物料的法向反力(N)； Ff—物料所承受輸送機(jī)面的靜摩擦力(N)； αs—輸送機(jī)面傾角(rad)； φ—輸送機(jī)箱運(yùn)動的相位角(rad)； ω—輸送機(jī)箱運(yùn)動的角速度(rad/s)； t—時間(s)； γ—振動方向角(rad)。 從圖2-5可以得出顆粒離開輸送機(jī)面做拋擲運(yùn)動的條件為： (2-11) 即：顆粒給輸送機(jī)面的正壓力N = 0，根據(jù)式(2-11)則有： (2-12) 式中：為物料顆粒的跳動起始角。 式(2-12)可以轉(zhuǎn)換為： (2-13) 設(shè)物料的拋射強(qiáng)度為： (2-14) 因此直線振動輸送機(jī)面上物料的拋射強(qiáng)度為： (2-15) 或： (2-16) 其中，稱為振動強(qiáng)度，反映了機(jī)器振動激烈程度。 式(2-16)還可以轉(zhuǎn)換成如下形式： (2-17) n0是由臨界條件求得的輸送機(jī)機(jī)激振的轉(zhuǎn)數(shù)，由式(2-10)可得：當(dāng)Kv > 1時，顆粒能被拋起，即顆粒出現(xiàn)拋擲運(yùn)動狀態(tài)，當(dāng)Kv < 1時，sin> 1，則無解，即輸送機(jī)面不能被拋起，當(dāng)Kv = 1時，= 90o，可以求出輸送機(jī)面上顆粒開始出現(xiàn)跳動時的最小轉(zhuǎn)速為： (2-18) 可見在直線振動輸送機(jī)上，要使物料顆粒被拋起，激振器軸的轉(zhuǎn)速n必須大于n0min。 針對不同的物料和輸送機(jī)分的要求，為了得到更高的輸送機(jī)分效率，必須要給輸送機(jī)機(jī)選擇合理的Kv值。但是Kv過大相當(dāng)于輸送機(jī)機(jī)振動的劇烈程度變大，這對于輸送機(jī)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命是不利的，通常Kv小于5。 圖 2-6 物料顆粒運(yùn)動軌跡及輸送機(jī)面位移曲線 圖2-6給出了幾種不同拋射強(qiáng)度的物料顆粒在受到輸送機(jī)面作用后的拋射軌跡，以及物料顆粒重新落至輸送機(jī)面的位置。圖中虛線為輸送機(jī)面在y方向運(yùn)動位移與時間的關(guān)系，是一條正弦曲線。 不同的拋射強(qiáng)度Kv決定了不同的輸送機(jī)分性能，Kv值太小，物料不能被拋起，致使輸送機(jī)分效率低下；Kv過大雖然輸送機(jī)分效率有所提高，但是物料容易產(chǎn)生粉碎現(xiàn)象，所以Kv一般選取2.5~5之間。 2.4物料在拋擲過程中的周期性分析 物料在拋擲過程中，為了減小不必要的能量損耗和提高振動機(jī)的工作效率，應(yīng)使物料每拋擲一次振動體做一個周期振動，且拋擲一次時間小于一個振動周期，即拋離系數(shù)ID<1 (ID—拋擲一次時間與一個振動周期之比)，這種情況下,物料下落正處于振動體做起拋段，此時，工作面的加速度dy3.3時，振動出現(xiàn)非周期振動，此時，物料下落期間，正處于拋起區(qū)（dy1時，即4π2 f2sinβ>gcosα?xí)r，物料做拋擲運(yùn)動。同時考慮無聊被拋起的時間不得超過振動周期，以免物料與槽底面沖擊過大和盡量減小功率消耗，一般K應(yīng)限制在4~10之間，可按下式計算： D=Ksinβ =10×sin30° =5 此數(shù)值在上面限制范圍內(nèi)，說明拋擲指數(shù)是適宜的。 拋擲時間與振動周期之比N的選取 由D，K查相關(guān)的表格，N取0.82 3.5 輸送機(jī)振幅的計算 根據(jù)被輸送物料的粒度及性質(zhì)，我們來選擇輸送機(jī)的振幅A，對于粒度較大的物料，選用較大的振幅；對于粒度較小的物料，選用較小的振幅。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗，一般按下表選擇振幅： 表2-2振動輸送機(jī)振幅A的選擇 輸送機(jī)機(jī)形式 振幅A（mm） 圓振動輸送機(jī) 4.5~8 直線振動輸送機(jī) 5~10 其他形式的振動輸送機(jī) 根據(jù)實(shí)際需要選擇 本課題研究的雙軸直線輸送機(jī)，要進(jìn)行具體帶料輸送機(jī)分實(shí)驗，還需考慮輸送機(jī)機(jī)的動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)特性。選用振幅為設(shè)計要求的8~10mm，勢必需要較大的激振力，從而要選用較大的電動機(jī)，造成能量的浪費(fèi)。在不影響輸送機(jī)機(jī)動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)特性的前提下選定輸送機(jī)機(jī)質(zhì)心處的振幅為A=8mm。 振動輸送機(jī)的輸送機(jī)分工藝效果通常由振動強(qiáng)度決定，振動強(qiáng)度一旦確定，就要選擇合理的振幅和工作頻率[22]。由于雙軸直線軌跡振動輸送機(jī)輸送機(jī)面振動強(qiáng)度變化規(guī)律很難掌握，可先以輸送機(jī)箱質(zhì)心的振動強(qiáng)度作為選取對象，質(zhì)心振動強(qiáng)度滿足： 由公式：D=4π2f2A/g 得 A=Dg/4π2f2 =Dg/ω2 =5×9.8/78.52 =8.04mm 3.6 物料的平均速度 a) 物料的理論平均速度 當(dāng)D=3~6時，物料的平均速度可按下式計算： Vd=(0.86~0.95) ωAcosβ D=5時,f(D)=0.93 Vd=0.93ωAcosβ =0.93×78.5×8×cos30° =0.51m/s b)實(shí)際水平速度 V=CaChCmCwVd =1.0×0.95×0.9×1.05×0.43 =0.44m/s Ca：傾角影響系數(shù)。查得：Ca=1.0 Ch：物料層厚度影響系數(shù)。查得：Ch=0.95 Cm：物料性質(zhì)影響系數(shù)。查得：Cm=0.9 Cw：滑行運(yùn)動影響系數(shù)。查得：Cw=1.05 3.7電動機(jī)功率的計算及電動機(jī)選擇 振動輸送機(jī)工作所需電機(jī)的功率為： (2-25) 式中：N1 — N2 — —，通常取= 0.95。 這里，N1即為輸送機(jī)箱全部激振力所消耗的功率，其簡化表達(dá)式為： (2-26) 式中：—阻尼系數(shù)，通常取。 軸承上所承受的壓力主要是由偏心塊的激振力或者輸送機(jī)箱運(yùn)動的慣性力產(chǎn)生的，所以軸承的摩擦消耗的功率N2可表達(dá)為： (2-27) 式中：MT — （N·m）； d — 軸承內(nèi)徑（m）； 由式(2-25)、(2-26)、(2-27)可得振動輸送機(jī)的所需電動機(jī)功率為： (2-28) (2-29) 式中，Ms — 電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩(N·m)； Mq — 偏心塊的靜力矩(N·m)，；m為偏心質(zhì)量，r為偏心距。 Mr — 電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩(N·m)。 由式2-28得 =26.51kw 綜合以上選型原則，根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊選定Y系列三相異步電動機(jī)2臺，型號為Y200L-6，其單臺額定功率為15kW，額定轉(zhuǎn)速為750r/min。 3.8 本章小結(jié) 4輸送機(jī)各部分的設(shè)計與選擇 4.1 輸送機(jī)箱體的設(shè)計 輸送機(jī)的箱體由輸送機(jī)側(cè)板和輸送機(jī)的槽底板構(gòu)成，側(cè)板的材質(zhì)一般20號鍋爐鋼板，鋼板厚度8-12mm；槽底板選用Q235A鋼板焊接在在箱體的主題上。為了減少慣性力，應(yīng)盡量減輕輸送機(jī)箱體的重量。 （1）總長度L根據(jù)輸送要求L=5米，側(cè)板為整塊鋼板加工而成。 （2）箱體寬B：根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求B=1500mm （3）槽深H：為滿足各種寬度物料的輸送取H=300mm 4.1.1 箱體形狀的確定 根據(jù)輸送的設(shè)計要求，輸送機(jī)箱體的整體形狀圖4-1所示： 圖4-1輸送機(jī)箱體形狀 直線振動輸送機(jī)箱體整體結(jié)構(gòu)包含：主橫梁（安裝激振器）、小橫梁、加強(qiáng)梁，輸送槽底板以及吊鉤組成，個部分主要采用高強(qiáng)螺栓連接。 其中槽底板與箱體框架采用焊接結(jié)構(gòu)，使得整個輸送機(jī)輸送面平整，便于物料的流動，輸送效率高。 輸送機(jī)吊鉤焊接在箱體支撐上，箱體支撐再焊接在箱體的側(cè)板上，這樣可以保證焊接應(yīng)力的均勻分布，使得箱體的側(cè)板受力均勻。 4.1.2 主橫梁的設(shè)計 輸送機(jī)的主橫梁是整個輸送機(jī)的主要關(guān)鍵部件，其只要作用就是將激振器所產(chǎn)生的激振力傳遞給箱體，從而使得物料往前輸送，其設(shè)計質(zhì)量的高低直接影響到輸送機(jī)的整體效率和運(yùn)行壽命。 本設(shè)計中，主橫梁采用焊接結(jié)構(gòu)，由中間主題部分和端部端法蘭板組成。 由于主體部分的尺寸較大，而且需要安裝激振器等部件，因此采用鋼板拼焊。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖4-2所示： 圖4-2輸送機(jī)主橫梁設(shè)計 主橫梁的端板法蘭和主體部分均采用Q235鋼板拼焊，其焊接性能好，機(jī)械性能也可以滿足設(shè)計的要求，而且成本較低，采購相對容易。 4.1.3 小橫梁的設(shè)計 雙軸直線振動輸送機(jī)的小橫梁以普通方鋼管為主體部分，兩端焊上法蘭板而成，其焊接需制作工裝少，焊接量少，應(yīng)力集中小，使用效果很好。 根據(jù)本設(shè)計的尺寸和工藝需要，將要設(shè)計的小橫梁如下圖所示： 小橫梁主體部分選擇為熱軋普通方鋼管，尺寸為120×80mm，壁厚10mm。 由于任務(wù)書中，輸送機(jī)箱體的尺寸為要求5m×1.5m，減去兩端法蘭板的厚度40mm，所以型鋼長度為1460，法蘭板的大小是根據(jù)它與側(cè)板連接選用螺栓的大小規(guī)格，留足扳手空間來確定的。 圖4-3 小橫梁的設(shè)計 本設(shè)計的長度為5米，所以選用9根，橫梁之間的間距為600mm。 4.1.4 輸送機(jī)參振質(zhì)量計算 根據(jù)輸送機(jī)處理量要求 Q=100t/h 以及物料的實(shí)際運(yùn)動速度v=0.44m/s 可以得出正常工作狀態(tài)下輸送機(jī)上每米物料的質(zhì)量 md=Q/3600v =100/(3600×0.44) =0.065t/m 本設(shè)計輸送機(jī)箱體的長度為l=5m，因此，在正常工作狀態(tài)下，輸送機(jī)上物料的總重量mw為： mw= md×l=0.0065×5=0.32t=3200kg 根據(jù)設(shè)計情況，預(yù)估輸送機(jī)箱體以及激振器等參振質(zhì)量為：M1=4000kg 因此，整個輸送機(jī)的整體參振質(zhì)量 M= mw+M1=7200kg 4.1.5其他零件的介紹及尺寸的確定 1、側(cè)板：側(cè)板由20號鍋爐鋼鋼板制作，國外都用整塊寬鋼板制作，整個板面經(jīng)過嚴(yán)格的無損探傷，國內(nèi)由于很難采購到寬鋼板，常用兩塊寬鋼板拼焊而成。盡量使焊縫短些，雖沒有整體板好，但由于側(cè)板材料一般可焊性都較好，如果采用合理的焊接工藝，嚴(yán)格探傷，焊后熱處理，將焊縫表面削平，是不會影響側(cè)板性能的，如果進(jìn)行表面噴丸強(qiáng)化處理，疲勞強(qiáng)度會更高 兩側(cè)板上的里側(cè)安裝防磨側(cè)擋板，與輸送機(jī)面一起形成料槽，在側(cè)板的外側(cè)貼有加強(qiáng)板，以提高側(cè)板的強(qiáng)度和剛度。 在本課題的設(shè)計過程中，初步選定側(cè)板的厚度10mm。 2、加強(qiáng)角鋼：側(cè)板加強(qiáng)角鋼為等邊貨不等邊角鋼，將其和側(cè)板連接成一體，用來提高側(cè)板的強(qiáng)度和剛度。 加強(qiáng)角鋼主要是為了提高側(cè)板整體的強(qiáng)度和剛度。 在本課題的設(shè)計過程中，初步選定熱軋等邊角鋼，加強(qiáng)角鋼的尺寸為100*100*10。 3、吊鉤連接座：吊鉤連接座是連接吊鉤與輸送機(jī)箱體的機(jī)構(gòu)，主要是使吊鉤與箱體之間的受力均勻分布，減少應(yīng)力集中通過焊接的方式與箱體固定在一起。 4.2激振器的設(shè)計 本設(shè)計采用箱式激振器，激振器部分單獨(dú)設(shè)計，激振器整體安裝在主橫梁上。 箱式激振器主要包含：激振器殼體、激振軸、激振塊、軸承以及軸承改。其結(jié)構(gòu)如圖4-4所示： 圖4-4 激振器結(jié)構(gòu)設(shè)計 1- 激振器殼體 2-軸承 3-激振軸4-激振塊5-軸承蓋 激振器殼體由鑄造而成，后期進(jìn)行加工。各偏心塊尺寸一致，分別安裝在兩種激振軸上。偏心塊的軸向定位采用軸肩和軸檔套的方式，限制偏心軸的軸向運(yùn)動，保證運(yùn)行的安全性。 4.2.1 激振器軸的設(shè)計 4.2.2 偏心塊的設(shè)計 由于直線輸送機(jī)的振幅計算按： (3-4) 其中 A=8mm 參振質(zhì)量M=7200Kg 帶入得 設(shè) r=60mm 本設(shè)計中輸送機(jī)共有8個激振塊，其最大激振力為所有激振塊激振力的疊加，故，每個激振塊 則 m1=20.68kg 由式 (3-6) D=324mm 面積 0.19m2 其厚度 h=70mm 偏心塊的整體結(jié)構(gòu)如圖4-5所示： 圖4-5 偏心塊的設(shè)計結(jié)構(gòu) 4.2.3 激振器殼體設(shè)計 激振器的殼體主要承擔(dān)支撐偏心軸以及軸承的作用，還有就是傳遞動力的作用。 殼體的主體部分采用HT200鑄造，鑄造后進(jìn)行銑斷面以及鉆孔、鏜孔加工，加工要保證軸承安裝面的光潔度以及斷面的平整度，確保密封面密封良好。 圖4-7 激振器殼體 4.2.4 激振器其他方面設(shè)計 激振器采用盤式塊偏心振動器形式，它在工作時刻實(shí)現(xiàn)自同步，無需增加強(qiáng)制同步齒輪。兩個激振器之間采用萬向軸連接，以抵消特殊情況下造成的兩個激振器軸不同心的情況。 激振器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由軸，偏心塊，軸承，端蓋，軸端擋圈，螺栓等組成。 軸承選用調(diào)心滾子軸承，型號21313C，由于振動輸送機(jī)軸承和其他機(jī)械的工作條件不一樣，其內(nèi)外擋圈的配合不同，內(nèi)圈用較緊的配合，外圈用較松的配合，這樣選取配合可以避免軸承在旋轉(zhuǎn)式抱死，使激振器軸不能正常的旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致激振器較早的失效。 激振器安裝前，軸承，軸承座內(nèi)壁清洗干凈。潤滑脂的加入量為軸承空隙的1/3到1/2。在迷宮密封的環(huán)槽內(nèi)要注滿潤滑脂，要求2個振動器的潤滑脂加入量盡量一致，迷宮型密封圈的環(huán)形彈簧收縮力也應(yīng)該保持一致。 振動器裝配還應(yīng)該進(jìn)行阻力拒實(shí)驗。方法是將偏心塊有自由位置旋轉(zhuǎn)到90度放開，四個振動器的擺動次數(shù)盡量一致，否則應(yīng)調(diào)整迷宮型密封圈內(nèi)環(huán)形彈簧的抱緊力貨檢測振動器內(nèi)妨礙轉(zhuǎn)動件運(yùn)動的原因，清楚增大阻力的根本源頭。 由于激振器的工作轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷大，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以潤滑設(shè)計的好壞常常是決定激振器能否正常工作的關(guān)鍵。一般常用油杯法或壓力供脂潤滑和油浴法倆種方式潤滑。 若不超過軸承潤滑脂的極限轉(zhuǎn)速，可以用脂潤滑。它具有結(jié)構(gòu)簡單，密封容易的有點(diǎn)，但需要加酯維護(hù)。小型輸送機(jī)應(yīng)采用脂潤滑。脂潤滑設(shè)計應(yīng)保證新加入的潤滑脂順利到達(dá)滾動面，冰能將舊脂排除。軸承腔設(shè)計應(yīng)留有足夠的空間潤達(dá)被排出的舊脂，并方便舊脂排出。激振器軸承必須間隔較短的時間進(jìn)行潤滑，間隔潤滑脂量不宜過大，多少可以根據(jù)經(jīng)驗公式求出，一般可以為24小時在潤滑一次。在潤滑脂量不宜過大，多少可以根據(jù)軸承尺寸定。潤滑長才用含有極壓添加劑和防銹添加劑的二硫化鐳鋰基脂。極壓添加劑是必不可少的。為了不停機(jī)加脂，常用激振器上接出軟管然后與手動或電動泵連接，進(jìn)行手動或電動加脂。 油潤滑比脂潤滑具有允許轉(zhuǎn)速高，潤滑性能好，使用溫度高，冷卻效果好，摩擦力矩低，潤滑劑壽命長等多方面有點(diǎn)。在要求高的大型激振器上應(yīng)優(yōu)先采用脂潤滑。一般采用油浴去潤滑，此時潤滑設(shè)計的關(guān)鍵是密封的可靠性。潤滑油有極