往复振动筛.doc

2 往复振动筛往复振动筛不仅是粮食行业常用的原粮清理设备，它还广泛应用于轻工、化工、矿山等许多行业。另外，很多行业使用的振动输送机，其工作原理也和往复振动筛是一样的，只是不需要使用带孔的筛面，机器的结构尺寸有所不同，振动参数选择的不同。因此，在介绍往复振动筛之前，我们有必要先了解一下往复振动机械的工作原理。2.1 往复振动机械的工作原理2.1.1 往复振动机械的力学模型1. 机构运动简图往复振动机械在工程中的应用形式很多，对于我们要研究的往复振动筛，核心任务之一是分析其振动面的运动规律。这是一个往复振动筛的示意图。筛体内有振动筛的筛面，即我们在进行运动分析时的往复振动面，筛体采用吊杆悬挂支承，利用一套曲柄连杆机构，可以使筛体即振动面做往复振动。为了便于进行力学分析，通常我们把这个机构简图再进一步简化，抽象成这样一个力学模型。图中：a 振动面(筛面)倾角振动面与水平面所夹的锐角b 振动方向角激振方向与铅垂线所夹的锐角w 曲柄旋转的角速度r 曲柄长度2. 微幅振动面的性质顾名思义，所谓微幅振动面就是振动幅度非常小的振动面。那么怎样的振动面我们可以认为是微幅振动面呢？条件： 曲柄长度绝对小于连杆及吊杆长度（比值小于1/100）。性质： 振动面上任一点的运动规律相同，均为直线往复平动。 振动面的振动方向与吊杆（撑杆）摆动的中心线垂直。6 当激振方向垂直于吊杆摆动的中心线时，振动面可获得最大振幅（等于2倍的曲柄长度）。3. 振动面的分类(1) 平振水平振动面 (2) 平振倾斜振动面(3) 斜振水平振动面 (4) 斜振倾斜振动面4. 振动面的位移、速度、加速度惯性力与位移方向相反。2.1.2 激振方式和惯性力的平衡往复振动体的激振方式：曲柄连杆机构、偏重振动器、振动电机、电磁振动器。往复振动时，振动体和传动机构的支承都会受到惯性力，甚至很大的惯性力，如果这一惯性力通过机架传递给基础，尤其是楼房的地板，将造成很大的危害。因此在实现传动的同时，我们还要考虑尽可能消除惯性力的影响。具体的做法，一是采用减振装置，例如各种减振器、减振垫等；二是在结构设计上平衡掉惯性力。1. 曲柄连杆机构激振及惯性力的平衡(1) 结构曲柄连杆偏心机构(2) 平振时振动体惯性力的平衡旋转偏重平衡法：式中：振动体重量偏重重量r 曲柄长度R 偏重旋转半径(惯性力与加速度方向相反；微幅振动，方向简化)水平方向平衡把和带入上式并整理，得平衡的实质：把水平方向的惯性力转换到了铅垂方向，并未真正消除。无法完全平衡（水平），适于中小型。(3) 斜振时振动体惯性力的平衡a）曲柄在振动体的下方（超前角q）令水平方向平衡令常量部分和变量部分分别相等，得b）曲柄在振动体的上方得特征：当曲柄在时，偏重在对应的水平位置。2. 偏重振动器激振(1) 结构形式特点：激振装置安装在振动体上。好处：惯性力不传到机架上。(2) 工作原理在振动方向上两偏重的惯性力叠加；在垂直于振动方向上两偏重的惯性力抵消。振动体的速度 ， 振动体沿X方向的动量 两偏重沿x方向的绝对速度 两偏重的动量 由动量守恒定律得结论： 振动体的运动是简谐运动； 周期 w 振幅 （ r与 w无关） 自动平衡惯性力。（自衡振动筛）(3) 用弹性吊杆时振动体的运动分析（P103图2-20）主要目的：易损件（可改为刚接）在平衡方程中要考虑吊杆的弹性恢复力（与振动体位移方向相反）式中：i 吊杆根数C 每根吊杆的刚度（见教材）x 吊杆末端位移可得到稳态时振动体的强迫振动规律式中：（系统的固有频率）L 吊杆长度结论： 振动体的振动仍为简谐运动； 周期 w 振幅 当时发生共振。3. 振动电机激振(1) 振动电机的结构普通交流电机改制（鼠笼式三相异步电动机）8双轴伸安装形式（代号B3、V5底脚/地脚/法兰安装方向轴承/防尘接线盒/出线盒左出线）(2) 振动电机的安装用振动电机产生往复振动，通常需要使用两台相同的振动电机，并对称安装在振动体上，称其为双振动电机激振。具体的安装要求如下：基本要求： 两振动电机的安装位置应左右对称； 两振动电机应转向相反且激振力相等； 两振动电机的安装角度应完全一致，合成激振力的作用线应过振动体的合成质心。双振动电机传动的结构特点、工作原理及振动体的运动方程与偏重振动器传动相同。(3) 双振动电机的自动同步原理如右图，设左电机偏重的旋转相位某瞬时超前于右电机，则偏重惯性力在横向的分力将大于的分力，于是未能抵消的惯性力分量会使振动体产生向左的加速度，由于振动体的运动是电机偏重的牵连运动，因而左右电机的偏重都将受到一个与该加速度方向相反的系统惯性力，这一系统惯性力对于左电机偏重的旋转将产生一个附加阻力矩，有使其减速的趋势，而对于右电机偏重的旋转所产生的附加力矩有使其增速的趋势，最终使二者同步运行。此外，前述和沿振动方向及横向的分力大小不同，还会使振动体受到一个顺时针的合成力矩，该力矩使振动体产生的扭转角加速度将反作用给偏重系统惯性力，进而对左右电机偏重的旋转将产生与前述附加力矩同向的附加力矩，促使二者同步。左右电机的偏重位于其它不同的相位时，亦能按此原理自动同步。2.2 往复振动筛往复振动筛（简称振动筛）是粮油加工厂和粮食仓库最常用的清理设备，它的主要任务是清除粮食中的大杂和小杂。老式的振动筛自身还带有吸风分离装置，可同时清除粮食中的轻杂。新式的振动筛不带吸风分离装置，但也常常和另外独立的吸风分离器配合工作，以清除物料中的轻杂。2.2.1 颗粒在往复振动面上的运动分析1. 曲柄在、象限时，颗粒相对振动面下滑的条件(1) 颗粒受力分析建立动坐标系XOY如图。 重力 振动面的支承反力 N 振动面的摩擦力 系统惯性力 相对滑动惯性力 (2) 平衡方程，联解，得(2-1)(3) 颗粒能相对振动面下滑的条件当时,颗粒能相对振动面下滑，注意到,得(2-2)k1为振动面的下行体制系数。(4) 颗粒能相对振动面下滑的曲柄临界转速由(2-2)得2. 曲柄在、象限时，颗粒相对振动面上滑的条件(1) 颗粒受力分析建立动坐标系XOY如图。 重力 振动面的支承反力 N 振动面的摩擦力 系统惯性力 相对滑动惯性力 (2) 平衡方程，联解，得(2-3)(3) 颗粒能相对振动面上滑的条件当时,颗粒能相对振动面上滑，注意到， 得(2-4)K2为振动面的上行体制系数。(4) 颗粒能相对振动面上滑的曲柄临界转速由(2-4)得3. 颗粒在振动面上跳动的条件(1) 受力分析建立动坐标系XOY如图。当曲柄在、象限时颗粒相对振动面产生跳动的临界状态受力如下： 重力 系统惯性力 (2) 颗粒能离开振动面产生跳动的条件，即 把G、P代入上式，并注意到， 得(2-5)式中为振动面的跳动体制系数。(3) 颗粒能相对振动面跳动的曲柄临界转速由(2-5)式可得4. 颗粒相对振动面滑动的加速区(1) 正向滑动(下滑)的加速区曲柄在、象限时，颗粒相对振动面滑动的加速度当时正向加速，令，得对应正向滑动加速区起止位置的曲柄相位：式中：为振动面的下行体制系数。(2) 负向滑动(上滑)的加速区曲柄在、象限时，颗粒相对振动面滑动的加速度用同样的方法，可得到对应负向滑动加速区起止位置的曲柄相位：式中：为振动面的上行体制系数。(3) 研究分析wta、wtb、wtc、wtd可得如下结论： 平振水平振动面正向滑动加速区与负向滑动加速区对称相等。 平振倾斜振动面正向加速区大于负向加速区，使正向位移大于负向位移，有推进作用。 斜振倾斜振动面改变b角，可使正向加速区大于或小于负向加速区，从而使物料向任意方向推进。5. 颗粒在振动面上的相对滑动速度(1) 曲柄在、象限时正向滑动的相对速度 在、象限 简谐运动 直线匀变速运动式中：(2) 曲柄在、象限时负向滑动的相对速度 式中：6. 颗粒在振动面上的滑动区(1) V+ 0 时相对下滑； V+ = 0 时下滑开始或结束； 令V+ = 0 可得结束下滑的时刻tb ；（作图） 对应正向滑动区的曲柄相位为wtawtb 。(2) V- 上滑位移）(4) 上行体制（上滑位移下滑位移）(5) 跳动体制（产生跳动）应为S+ S- 下行，为什么 K2 K1下行？（自己推导）10注意：( w、r、g ) 0， 0 a j 90 (45)， 0 b 180由前面的分析可知，影响振动面的运动体制及物料在振动面上的推进速度的因素有：w、r、g、j、a、b其中g为常数；针对具体的某种物料 j 也是不可改变的。r是影响振幅的关键参数，因此在结构设计的时候通常r的确定主要从振幅方面考虑。a 的大小一方面受 j 的制约（自流），另一方面在使用过程中主要通过 a 来调整物料的推进速度和筛分效果。工程上 a 的取值范围是024，一般取612。余下的 w 和 b 便是决定振动面运动体制的关键参数了。刚才写的5种运动体制的条件，是在 b 一定的前提下如何确定 w 。我们教材上还有“振动面在各种运动体制时的振动方向角 b ”（教材上的振动方向角 b 事实上就是这里的吊杆安装角 b ），是在 w 一定的前提下，如何确定 b 。这一部分我们就不细讲了，因为都是一般的公式推导，大家可以自己看看。对于曲柄连杆传动机构，可以通过改变传动比调整 w ，与 b 配合使振动面处于所需的运动体制，但若用振动电机传动，w 的大小将受到电机极数（2、4、6）的约束。而对于 b ，若采用吊杆，由于振动体的重力是铅垂向下的，一般取90，若采用橡胶弹簧支承（属于撑杆），b 只能取90。2.2.2 自衡振动筛自衡振动筛是一种老式的振动筛，即教材上说的传统的振动筛。虽然这种振动筛如今在粮食行业已经很少用，但由于它自成体系的结构很有特点，所以我们还有必要介绍一下它。在面粉加工厂，原料的清理可以分为三个阶段。1.散粮入筒仓前的初清；2.准备加工时的毛麦清理；3.润麦后的所谓净麦清理。仍在使用的自衡振动筛一般只用于初清，这其中的一个原因就是它能够清除轻杂，并且带有自循环吸风系统。另外这种筛子也比较皮实。1. 总体结构粮机书上有一个振动筛的结构示意图（P122图2-34），那个图很不清楚，另外它也不是自衡振动筛，是比自衡振动筛还老的曲柄连杆传动的振动筛。我们现在来看一个自衡振动筛的结构示意图。(1) 喂料系统（进料箱、均料板、压力门）(2) 筛体（接料筛面、除杂筛面）(3) 传动机构（偏重振动器、曲柄连杆机构）有的不带(4) 吸风系统（吸风道、沉降室、风门、风机）(5) 机架与辅助装置（机架、吊挂、筛面清理、限振弹簧）2. 工作过程我们看一下另外一张内部结构示意图（不带风机）进机喂料机构前吸风道（轻杂）接料筛面（粗杂）上除杂筛面（大杂）（减载筛面）下除杂筛面（小杂）后吸风道（轻杂）出机。（筛过物法）2.2.3 新型振动筛所谓新型振动筛，指的是双振动电机传动的振动筛，现在生产的振动筛大多采用这种传动。新型振动筛的结构与老式的相比也有很大区别。1. 总体结构（P145图2-4