CDQ电磁振动给料机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

I 摘要 电磁振动给料机是近几年来得到迅猛发展的一种新型机械，已经广泛应用于冶金，化工，医药食品等各行各业。随着采煤机械化程度的提高，对振动给料机的要求越来越高，因此，研究、设计、制造电磁振动给料机就成为一项十分重要的研究课题。 由于 现在炼钢行业的 急速 发展 对 环境的影响 越来越大， 这 就 对 给料机械 的 环保设计提出了迫切的要求 。 所以这次 电磁振动给料机 的 设计 中 使用了干熄焦技术来降低污染 ，同时 还 对 电磁 振动给料机的电磁学、动力学参数以及铁芯、衔铁等结构进行 设计 。 确认无误后使用 件绘制电磁振动给料机振动器装配图等。 最后，这次设计还对电磁振动给料机的使用和维护进行了讨论和介绍。 关键词 ：电磁 ；振动给料机；干熄焦； is a in to of on of an of s on is to to of is DQ to on of of 录 绪论 . 1 1 电磁振动给料机 . 3 磁振动给料机简介 . 3 料机构造 . 3 料机工作原理 . 5 2 动力学参数的设计与计算 . 7 计原始数据 . 7 送速度的计算 . 7 磁振动给料机的力学模型 . 9 磁振动给料机的动力学计算 . 10 动输送参数选择 . 13 料抛料指数 . 13 力系数 . 14 料量的计算 . 14 3 电磁学参数的设计与计算 . 15 4 振动给料机的结构设 计 . 18 械结构设计准则 . 18 构设计 . 18 芯的设计 . 18 铁的设计 . 22 弹簧的设计 . 23 接叉的设计 . 24 体的设计 . 25 振弹簧的确定 . 26 5 给料机的使用与维护 . 28 磁振动给料机的使用 . 28 料机的使用 . 28 料机给料量的调节 . 29 磁振动给料机的维护 . 31 论 . 33 致谢 . 34 参考文献 . 35 附录 A 英文原文 . 36 附录 B 汉语翻译 . 43 1 绪论 从建国初期，国家以重点发展重工业以尽快实现社会主义工业化时起，钢铁工业即被作为重工业的代表而得到了中央政府的高度的重视，从而有了从几乎是空白建立起一个强大的钢铁产业的可能。从一五计划时起，国家就不断地从农业和其他产业上为钢铁产业的发展筹集了大量的资金，并不惜花很大的代价用于技术的开发和创新。同时，钢铁工业作为中国最重要的基础原材料产业之一，与国家改革开放、经济发展与社会进步的步伐息息相关。经过近六十年的发展，中国钢铁产业取得了举世瞩目 的成就，逐步步入了成熟的发展阶段。 1949 年，中国钢铁产量只有 吨，居世界第 26 位，不到当时世界钢铁年总产量 吨的 20 世纪 90 年代以来，钢产量从 1990 年的 6635 万吨，到 1996 年首次突破 1亿吨，达到 10124 万吨，跃居世界首位，从此，一直保持着世界钢产量第一位。 2003 年突破 2 亿吨， 2005 年突破 3 亿吨， 2006 年突破 4 亿吨， 2008 年突破 5 亿吨。 由于 早期的炼铁采用的是木炭等材料作为燃料和还原剂，随着树木等资源的砍伐和严重紧缺， 1709 年世界上开始采用焦炭代替木炭来进行炼铁和炼钢，从此推动了炼焦生产技术的发展。焦炭是冶金等行业不可或缺的原材料，在我国二次能源的使用中占据着极为重要的地位。截至目前，我国的冶金行业连续保持着迅猛增长的态势，炼焦行业也随之大跨越式的增长。我国的经济得到了长足迅猛的发展。一方面我们由衷地感到欣喜；另一方面也为炼焦业正在对环境造成越来越严重的污染而倍感忧虑。 随着我国国民经济的快速发展，矿产资源的综合 利用技术与其产业迅猛前进 , 给料是许多行业 (如冶金、矿山、建材、化工、陶瓷、筑路等）产品生产中不可缺少的工艺过程。 振 动给料机用于把物料从贮料仓或其它贮料设备中均匀或定量的供给到受料设备中，是实行流水作业自动化的必备设备 ， 分敞开型和封闭型两种 电磁振动给料机结构简单，操作方便，不需润 滑 ，耗电量小 ;可以均匀地调节给矿量 ;因此已得到广泛应用。 但是电磁振动给料机设计它也存在着一些缺点，如接通电源后机器不振动，机器间歇地工作或电流上下波动及空载试车正常负载后振幅降低较多等，这些都是需要在今后的设计生产中进一步改进的地方。 这次课题研究主要针对的是电磁振动给料机在焦炭给料中的应用，由于焦炭给料中 2 容易产生碳粉末扬尘现象，同时在工作时会产生高温等，这些对环境对机器的正常工作都会有很大影响。因此本次课题将研究使用液氮干熄焦技术 （ 干法熄焦技术 (称干熄焦 (是相对于湿法熄焦技术 (称湿熄焦(言的。它是采用惰性气体将赤热焦炭熄灭的一种熄焦方法。干熄焦技术能够回收利用红焦的显热，改善焦炭的成品质量，减轻熄焦操作过程中对环境造成的污染，是一项目前国内外冶金行业重点推广、并已经得到广泛采用的节能环保减排技术。干熄焦生产线 是利用冷的惰性气体，将出炉赤红焦的显热回收的技术设备，与传统的湿法熄焦技术相比，具有低资源消耗、排污量小和显著提高焦炭质量等优点。 ） 进行降尘降温。液氮在降温除尘后产生的高温气体还可用来推动汽轮机发电或直接供暖资源多次利用。所以对 磁振动给料机设计的结构优化具有很重要的意义。 3 1 电磁振动给料机 磁振动给料机简介 电磁振动给料机是一种较新型的定量、给料设备，它是利用振动使物料产生周期性的抛掷运动而完成向前输送物料的。它的用途很广，例如，用于从料仓排料；向胶带输送机、斗式提升机等给料；向破碎机 、粉磨机喂料；以及定量包装和定量配料等。此外，电磁振动给料机还可以用于自动控制的生产流程中，实现生产自动化。目前，在采矿、冶金、煤炭、化工、建材、机械制造以及粮食、轻工业等工矿企业中，电磁振动给料机已经比较广泛地获得采用。 它适用块状、粉粒状物料，还 适用于输送高温的、磨损性大的以及有腐蚀性的物料， 例如：化工原料及其产品、食品、玻璃原料、矿石、矿粉、煤炭、型沙、等 1。本次设计的 7 吨 干熄焦 电磁振动给料机主要于干熄焦生产线上，用来输送热焦碳。 料机构造 电磁振动给料机一般由四个主要部分组成：料槽、支架小车，电磁激振器及控制系统。其具体结构见图 图 磁振动给料机 样机图 4 由于给料机是一个中间环节的输送设备，其 料槽的形状结构尺寸基本 已经确定，所以不必再设计料槽的具体尺寸。 激振器是使槽体产生振动的能源部件。所以它也是本次设计的核心部分。以板弹簧电磁振动给料机为例，主要由下列几个部分组成，见图 弹簧电磁震动器 1 2 3 4 5 61. 联接叉：联接叉是一铸铁件，它与槽体刚性连接在一起，通过它将激振力传给槽体。 2. 衔铁：衔铁由 米的一字形硅钢片迭装而成，用螺栓固定在联接叉上，和铁芯保持一定间隙。 3板弹簧组：振动器板弹簧为储能机构，它一般由 600簧板中部用一螺栓夹在联接叉中，两端各用一螺栓夹在机壳上，构成机器的弹性系统。它联接前质量和后质量，形成双质点振动系统。板弹簧是机器的重要工作零件，其材料的质量的好坏，直接影响给料机的工作性能。板弹簧电磁振动给料机，通常利用增加或减少板弹簧片数的方 法，调整机器的工作点（即频率比）。 芯用 米“山”形硅钢片迭装而成，用螺栓固定在振 5 动壳体上，铁芯上套有线圈，当电流通过时就产生磁场。 5. 激振器壳体：壳体用铸铁铸造，作为固定弹簧组和铁芯用，亦作为平衡质量用，所以其质量应满足设计要求。 为了防止将振动传给地基或建筑物，将激振器壳体支撑于刚度不大的隔振弹簧上 2。 料机工作原理 12345678图 磁振动给料机工作原理图 如图 示，由槽体、联接叉、衔铁、工作弹簧的一部分以及约占槽体容积 1020%的物料等共同构成质量1m；由激振器壳体、铁芯、线圈及工作弹簧的另一部分等构成质量 2m 。 质量1m 用板弹簧连接在一起，形成一个双质点定向振动的弹性系统。根据机械振动谐振原理，将电磁振动给料机的固有频率0其比值 =器便在低临界共振状态下工作。因此电振机具有工作平稳，消耗功率小的特点。 图 压和电磁力的变化示意图 0z 6 激振器电磁线圈的电流一般是经过单相半波整流的。未整流时电流的电压为正弦曲线，见图 半波整流后，在正半周内有电压 (图 在电 磁线圈上，因而电磁线圈就有电流通过，在衔铁和铁芯之间便产生一对大小相等的脉冲电力，见图 相吸引。这时槽体向后运动，激振器的主弹簧发生变形，储存了一定的势能。在负半周，线圈中无电流通过，电磁力消失，由于板弹簧储存的势能被释放，衔铁和铁芯朝相反方向离开，槽体向前运动。这样，电磁振动给料机就以交流电源的频率，作每分钟 3000次往复振动。由于槽体的底平面与振动器的激振力作用线间有一定的夹角，当槽体振动加速度的垂直分量大于重力加速度时，槽中的物料被连续抛起，并按抛物线的轨迹向前进行跳跃运动。由于槽体振动的频率很高，振幅很小，物料被抛起的高度也很小，所以只能看见物料在槽中向前流动。只有当单颗粒物料在槽中运动时，才能看见微小的跳跃运动 3。 7 2 动力学参数的设计与计算 设计原始数据 本次设计的电磁振动给料机的基本参数如下： 焦碳 ； 度 C250 ，密度 粒度 150 40t/h, (在 075t/h 内无级变量 )； 续 ； 50 20 ； 6 ； 7t(其中 7t, 外，支撑在楼板上，高温，高粉尘 ； 槽和振动器都采用弹簧下支撑，料槽内侧各面装耐磨衬板，铁芯采用“山”形铁芯 。 输送速度的计算 振动给料机输送速度与物料的物理性质、料层厚度以及振动频率、振幅、振动方向角有关。 当物料颗粒在振动槽中的垂直向上加速度分量达到 ，以槽体的速度脱离输送槽，在抛掷过程中只受地心引力作用，而且重新与槽体接触时只引起塑性冲击，则水平输送理论速度可以用下式计算： co t (m/s)(= o c o 92 =m/s） 8 图 2 . 2 按动力系数 K 和抛料指数 D 以得到最佳输送速度的振动方向角 式中 g 重力加速度 (m/ 2s )； f 振动频率 ( 振动方向角 ( )； n 系数。 (上式中 n 取 系数 n 为抛掷时间与振动周期之比，即 (n 与 D 具有下述隐函数关系： 1s 1c o s 2 o (n 与 D 的关系见图 D=，抛料时间即等于振动周期 1, = 1 如果机器动力系数 K 已经选定，则振动方向角 的选择对输送状况有 极大的影响。 角越大，抛料指数 D 也越大。这表示物料抛得陡而高，系数 n 也大； 小时则相反，物料抛得较平，并且向对于抛料时间，物料在槽里停留时间长。 振动方向角 的选择取决于三个因素，即预期的输送速度、槽体的磨损和对输送物料的保护。对应每一个动力系数 K 可得到一个最佳振动方向角 ，使输送速度最大。 图 明，为了获取最高的输送速度，振动方向角 与设备动力系数 K 所呈现的函数关系，同时也含有与抛料指数 D 的关系。 对一系列物料进行多次实验结果得出实际输送速度与理论速度的差值，即实际速度为： o t (图 2 . 1 系数 n 与抛料指数 D 的关系曲线 9 = o c o t 2509202 895602 = 式中 M 物料性质速度降低系数 (取 H 料层厚度降低系数 （ 取 ； a 槽体倾角影响速度系数 （ 取 。 电磁振动给料机的力学模型 电磁振动给料机的结构可简化为一个双自由度双质体的振动系统，其力学模型如图 示。质量 1m 为前质量，包括给料槽、给料槽物料的结合质量、联接叉、衔铁、主振弹簧折算质量等几部分。质量 2m 为后质量，包括振动器壳体、铁芯、线圈和主振弹簧折算质量部分及配重等。作用在两个质体上的激振力模量大小相等方向相反，对振动系统而言是作用与质体之间的内作用力。相对阻尼力是消耗在弹性系统的滞后上，大小相等方向相反。外摩擦阻力，主要是由于物料输送中所引起的阻力，由于阻力比较小，所以分布在系统中两个质体上，也可以认为近似于相等，方向相反。内阻力与弹性元件的变形速度成比例，外阻力与质体的运动速度成比例。因此，从上述分析可以列出电磁振动给料机的振动微分方程： 11 + 11 + (1 2 ) + 1(1 2 ) = + )22 + 22 (1 2 ) (1 2) = + )(式中 1m 、 2m 质体 1、质体 2 的质量 ( 1f 、 f 质体 1、质体 2 的阻尼系数； f 质体 1、质体 2 之间的相对阻尼系数 ； 图 2 . 3 电磁振动给料机的力学模型 10 1、 1 、 1 、 2、 2 、 2 分别为质体 1、质体 2 在振动方向上的位移、速度和加速度； F 激振力幅 (N)； 角频率 (s)； t 时间 (s)； 初相位角 ( ) 4。 电磁振动给料机的动力学计算 由原始数据和前面章节的计算推得，电磁振动给料机的给料量为 30150t/h，振动频率 =314s，调谐指数 z=动力参数计算如下： (1) 初步分配质量比 ： 质量 前质量，包括给料槽、给料槽物料的结合质量、联接叉、衔铁、主振弹簧折算质量等几部分。质量 后质量，包括振动器壳体、铁芯、线圈和主振弹簧折算质量部分及配重等。 由已知 质量比 1： 2=主振弹簧采用板弹簧或剪切型橡胶弹簧 ,且此次设计用板弹簧。 1m + 2m =7000 可以计算出 1m =33162m =3684 (2)求质体 1 和质体 2 振幅 ： 在振动方向上，由于 以可忽略 影响。将式 (两方程式相加可得： 11 + 11 + 22 + 22 = 0 (也就是说，在每个瞬时，质体的惯性力与外阻力之和为零。同时外阻力近似地均布在两个质体上，大小相等方向相反，即： 11 + 22 = 0 (则式 (写成： 11 + 22 = 0(当强迫振动系统满足式 (式 (，则： 21 = 12 = 12 (因此，电磁振动给料机具有质量与振幅成反比的特性，即： 11 1221 (式中 1a 、 2a 分别为质体 1 和质体 2 的振幅。 相对振幅 A 一般由一次谐波激振力幅和二次谐波激振力幅组成。 A = 1 + 2 = ) 可得出： 1 = ) 2 = ) (4)计算质量 m 双质体振动系统振动时，在弹簧上有一点处于景致，这一点称为震动系统的惰性中心，它随两个质量比的不同而处于不同位置。当 1:1: 21 ，惰性中心在 1/2处。当10: 21 ，惰性中心接近 1m 处。如果比值更大，则双质量振动系统变为单质量振动系统。式 (以简化为单质量的强迫振动系统，其方程为： )s 1. (12221111 (2121 mm (可公式 (出 7 4 57 3 6 8 43 3 1 62121 式中 m 计算质量（ c 摩擦阻尼力折算系数。 (5)主振弹簧刚度 不考虑阻尼时，可以认为 1m 和 2m 均以惰性中心为静止点，以相同频率作相对运动，则振动系统固有频率为： （ s） ( 12 因此 2 2201 (其中 z 取 角频率 (s)； z 调谐指数；（ z 取 。 (6)激振力幅 F 及力与位移的夹角 的计算 方程 + + +1 = ( +) 的特解为： )s 20 2222 4)1(1(0z ， z= (0 ， b= (212 (由公式（ ： = 1 2 = 2 式中 x 相对位移（ m）； F 激振力幅（ N）； 共振放大系数： 激振力之后位移的相位角 )( ； z 调谐指数； b 衰减系数。 激振力为主振弹簧最大变形与弹簧刚度之积： (将式 (入式 (激振力为： 13 222211 4)1( （ N） (取 b= = 10 3 10 (1 + 4 104(N) 式中 A 相对振幅（ m）； z 调谐指数；（ z 取 b 衰减系数； (b 取 1 主振弹簧刚度（ N m）。 所谓共振放大系数即在激振力 F 的作用下，主振弹簧的动态变形量与静态变形量之比，即相对振幅与静变形量之比。从式 (可以看出，在系统振动状态下，阻尼的变化或调谐指数的变化都将直接影响振幅的稳定性。通常电磁振动机械选择在低临界近共振状态下工作，即0/=获得较稳定的振幅和用较小的激振力获得较大的效能。 阻尼系数为参变量，在低临界近共振状态下，由于外部因素，如料槽中物料量增加或料仓压力增大等因素影响，阻尼增大时，其振动振幅将降低。但与此同时，震动系统固有频率也减小，而使调谐指数趋近于 1，则振幅趋于增加，达到相互补偿作用。当阻尼减小时，则上述因素将向相反方向变化，同样能保持这种相互补偿关系，从而可使电磁振动给料机稳定运行。 当调谐指数接近 1 时，即电磁振动给料机在接近共振状态下工作，虽然所需激振力较小，但是阻尼的变动对共振放大系数和振幅的影响更加敏感，机器的运行稳定性就差。所以对大型电磁振动给料机一般取 z=型的取 z= 振动输送参数选择 物料抛料指数 D 的选择 对于各种振动机械，抛料指数的选择范围是不相同的。对于大多数长距离大产量的振动输送机，抛料指数通常为 D=于电磁振动给料机，由于长度较短，为了获得较大的输送速度，抛料指数的选择范围为 D=料在抛掷状态下运动， 由于物料与料槽底部接触时间较短，大部分时间处于空中运行状态，所以对槽体磨损较小。 14 振动给料机采用中速抛掷状态，在这种状态下，振动输送效率较高，能耗少，对机体强度和刚度要求不太高。 在 以抛料指数 1 = 4221 =4 502 20 10 ( 围之内，所以抛料指数 D 取值合理 力系数 K 的计算 设备的动力系数 K 主要受机械零件强度和结构刚度限制。输送距离长，输送量大的振动输送机，为提高设备利用系数，使设备不过于庞大复杂并能长期工作。通常动力系数 K=4 6。振动给料机 K=10。振动输送机和给料机的工作频率 f 和振幅 1a 的选择范围比较大，可以根据结构形式、输送长度、输送能力和工艺要求选择。电磁振动给料机采用高频小振幅状态下工作。振动频率 f=15 100对应的振幅 1a =设计振幅 a 取 f 为 505。 = =4221 =4 502 10 ( 在 10 范围之内，所以动力系数 K 取值合理。 给料量的计算 给料槽出料口的截面尺寸为 1320782( 输送量 Q 按给料槽截面尺寸和输送速度确定： )(3600 ( =3600 式中 Q 质量输送量（ t/h）； 实际输送速度（ m/s）； 物料堆积密度 (t/3)； 承载构件中物料填充系数；（取 = 对于矩形料槽， =管形料槽 = v 15 3 电磁学参数的设计与计算 根据动力学参数所确定的工作频率、相对振幅、激振力幅及力与位移相位差角和环境要求进行电磁参数计算。 倾角为 6 时，输送能力为 30140t/磁振动给料机，动力学参数：工作频率为3000 次 /对振幅 A=振力幅 F=力于位移相位差角 =供电电压 380 ， 50由此可得电磁参数如下： 选择可控晶闸管半波整流激磁方式。铁芯形式选择“山”型铁芯，材料选用 体选用理由详见第四章 (1) 选定气隙磁密，决定磁极面积 根据半波整流激磁方式和硅钢片磁密许用值，对于 钢片一般取气隙基本磁密 0 = ，所以半波整流磁极面积为： 220210 S (式中 S 磁极面积 ( F 激振力 (N)； 磁力线边缘效应系数， 电阻影响系数 ， 0 真空导磁率 ， 0=410m； 气隙基本磁密，取 = 104 4 10 72 2) (2) 决定铁芯磁密并求出电磁线圈匝数 由于漏磁通的存在，所以气隙磁密小于铁芯中的磁密。铁芯中磁密与气隙磁密的比值称为漏磁系数。在计算铁芯磁密时，还要考虑硅钢片在加工工艺中涂漆厚度和叠片压紧程度。铁芯磁密为： 0430 (式中 16 铁芯磁密 (T)； 漏磁系数，当铁芯与衔铁之间气隙时 ， ； 3K 填充系数， K； 4K 叠片压紧系数， K 。 = ) 线圈匝数为： 式中 K 综合影响系数， K。 = 380 50 26(匝 ) （ 3）激磁电流 1 基本电流：电磁振动给料机在交流供电电压下的瞬时值电流。它有三部分组成：直流分量、一次谐波分量、高次谐波分量 6。 ( 取 30 2 直流分量： = (1 2)0 = (1 ) ( 3 一次谐波分量： 1 = 01 +2 2 = 1 + 2 = ) ( 4 二次谐波分量： 17 2 ( 5 总电流有效值： 22212221 z ( 22 （ 4）电磁线的选择 一般小型振动器的电磁线的电流密度选取 j=2A/型振动器 j=根据环境要求选择电磁线的绝缘强度及层间绝缘材料。 本设计取 j=用“山”形铁芯，则 电磁线截面积： 7 c (电磁线直径： c (（ 5）视在功率： s 8 2 73 8 7 (（ 6）有功功率： s ( 7 7 i 93 8 02 2 （ 7）功率因数： 3 6 8 2 7 7 7 2co s 18 4 振动给料机的结构设计 机械结构设计准则 1. 对于那些损坏可能对产品的安全性和可靠性有比较大的不利影响的零件所用材料 ， 其环境适应性和耐久性必须 ： (1)建立在经验或试验的基础上； (2)考虑环境的影响，如温度、湿度、振动和大气污染等 。 2. 结构的每个构件必须适当地加以防护 ， 以防因气候、腐蚀、磨损等原因引起的员伤或强度降低 。 3. 相邻结构若有较大温差，必须注意热变形引起过应力而造成零件的损坏 。 少或避免附加弯矩，避免不利的传力形式出现，控制复杂载荷的应力出现。 设计中必须注意： (1) 合理的选材； (2)减少应力集中（如断面的急剧变化、尖角、锐边、表面粗糙度等）； (3)控制尺寸公差，以免负公差的累积导致构件的断面厚度偏小； (4)尽量采用干涉配合的紧固件； (5)局部关键部位应进行强化； (6)在噪声疲劳部位（发动机附近），应降低工作应力，或采用夹层结构。 件的损坏而引起其它构件的损坏，在设计时应采用： (1)止裂措施； (2)多路传力设计； (3)多重元件设计。 压、耐油、耐高低温和抗老化的性能 7。 结构设计 芯的设计 19 合理的铁芯结构可以使硅钢片材料消耗和加工工时大为减少 ,减少漏磁 ,并利用安装与调节。电磁铁的铁芯有三种形式 : U 型、山型、 H 型 的铁芯结构简单、漏磁少，但是结构不紧凑、不便于安装。山型的电磁铁的紧凑 ,复杂程度也不高 ,而且方便安装，但是有漏磁，但现在可以使用优质硅钢片材料弥补大部分漏磁。 H 型电磁铁结构比较复杂，调节比较困难，但弹簧不产生静变形 8。考虑上述因素我选用“山”型的铁芯作为本次设计的铁芯。 2. 铁芯材料的选用 电器元件应用广泛，品种繁多，因其工作原理、使用场合不同，铁芯的结构形式也各不相同。电流互感器、磁放大器、零序互感器等采用的是静止式铁芯，起控制和放大电信号的作用，而接触器、继电器、电磁铁等采用的是运动式铁芯，把电信号转化为机械动作。运动式铁芯由静铁芯（磁轭）和动铁芯（衔铁）组成，工作中处于频繁吸合与释放的状态，其极面承受反复碰撞。因此，要求铁芯除具有良好的磁性能外，还应具有一定的机械、冲击韧性和耐磨性等，以保证电器的可靠运行。 运动式铁芯按励磁电流的种类不同，可分为直流励磁铁芯和交流励磁铁芯。直流励磁铁芯在稳定状态下通过恒定的磁通，没有涡流和磁滞损耗，为加工方便，常用整块低碳钢或电工纯铁等材料制成。而交流励磁铁芯则通过交流磁通，产