论文部分内容阅读
[摘 要]指出双质体亚共振筛激振电机可变力轮存在的缺陷，分析可变力轮的工作特性，通过研究计算分析双质体亚共振筛的亚共振特性，分析偏心块的工作原理。根据双质体亚共振筛的亚共振特性，比较得出偏心块可代替可变力轮。
[关键词]振动筛、激振电机、双质体、亚共振、可变力轮、偏心块。
中图分类号：TH237+.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0002-02
前言：
双质体亚共振筛属于矿山主要设备的配套设备，一旦该设备频繁出现故障，将严重制约了矿山成品矿量的生产。
一、 双质体亚共振筛结构和工作原理
1.1双质体亚共振筛结构
双质体亚共振筛是一种有效筛分面积为21m2，筛宽为3.0 m筛长为7.0m的双通道座式振动筛，主要由主筛体（下质体）、激振体（上质体）、激振电机、激振弹簧（共振弹簧）、VF可变力轮、板式稳定器、振幅监测系统、进料区、聚氨酯筛板、聚氨酯耐磨侧板、橡胶弹簧隔振装置、紧固螺栓等部件组成。
1.2双质体亚共振筛工作原理
雙质体亚共振筛采用双质体设计，使用自适应式、亚共振技术，实现用小功率振动电机的激振力驱动大型筛体，通过激振弹簧系统放大工作振幅来满足矿石的筛分要求；结构简单有效地降低了振动筛产生的噪音。激振体产生的激振力作用方向与水平方向形成一个夹角，即振动方向角。两台激振电机同步异向转动，在各瞬时位置中，产生的离心力沿振动方向的分力总是相叠加的，而在其法向的离心分力总是相互抵消，从而形成了单一的沿振动方向的激振力，使筛箱做往复直线振动。该种激振原理并不会随着物料负荷的变化而影响筛分性能的发挥。
激振电机是双质体亚共振筛振动源，是设备的核心部件，双质体亚共振筛运行状况良好与否跟激振电机运行状况密切相关。
二、可变力轮常见故障
可变力轮气管部分旋转接头长时运行容易脱落，一旦脱落无法修复，需要购买新的可变力轮更换。因为是进口设备，其备件必须进口，这样就增加了备件的成本，同时生产周期相对国产备件长的多，严重影响生产。
双质体亚共振筛可变力轮外侧有旋转接头连接气管，在长时间运转的情况下需要对旋转接头上的加油点进行加油维护，由于旋转接头未被密封，容易进入灰尘，且灰尘无法清除，旋转接头经常容易损坏。旋转接头在运行的状态下，无法及时更换，必须停机更换，影响生产。
由于可变力轮本身重量，在旋转过程中对振动电机轴承产生径向载荷，在一定程度上减短轴承使用寿命。可变力轮自身重量，还增加了振动电机与可变力轮联接部分轴的径向载荷，增加了轴薄弱部位的剪切应力，容易使可变力轮所在轴的薄弱部位产生疲劳失效断裂。（疲劳失效断裂如下图）
三、V-F可变力轮供气系统结构及工作原理
可变力轮主要起调整振幅的作用。可变力轮采用封闭式系统设计，不会消耗大量的压缩空气。每台设备每分钟只需要消耗1立方英尺的压缩空气。通过控制气压调整可变力轮内活塞位置而改变激振力的大小。为了实现振动筛在启动和停机过程中平稳性，可将可变力轮调整到为最小激振力位置。整个调整过程将通过电气控制箱的电气转换而完成，并将4-20 毫安的信号输出到控制系统。
四、研究双质体亚共振筛的亚共振特性
4.1 双质体亚共振筛激振弹簧的分布特点
筛体上共分布有48个35mm的激振弹簧。激振弹簧两端固定圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧，其特性是线性，刚度稳定，结构简单，制造方便，应用较广，在机械设备中多用作缓冲，减振，以及储能和控制运动等。
4.2 螺旋弹簧的稳定性、强度和共振的验算
（1）压缩弹簧稳定性验算
高径比b较大的压缩弹簧，当轴向载荷达到一定值时就会产生侧向弯曲而失去稳定性。为了保证使用稳定，高径比b=H0/D应满足下列要求：两端固定：b≤5.3；一端固定，另一端回转：b≤3.7；两端回转：b≤2.6；当高径b大于上述数值时，要按照下式进行验算Pc=CBP′H0>P现双质体亚共振筛采用的弹簧是两端固定类型的，为保证弹簧的特性，弹簧高径比应大于0.4的则有，b值得选取为：
0.4 （2）强度验算
对于受循环载荷的弹簧应进行疲劳强度验算，受循环载荷次数少或所受循环载荷的变化幅度小时，应进行静强度验算。当两者不易区别时，要同时进行两种强度的验算。但是此处弹簧已经选定，无需验算弹簧强度。
（3）共振验算
亚共振状态，泛指系统工作频率比小于1，又比较接近1的状态。通过上式显示的结果，两端固定圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧本身具备减振的特性，就不可能有共振的现象产生，通过计算证明弹簧使双质体共振筛筛体在亚共振区域工作。
亚共振区域有如下特点：当增加物料量也即负载增大时，振动质量m增加，此时物料间及物料与振动给料机的摩擦等阻尼同时增加。在亚共振状态下，振动质量增加，固有频率降低则幅频特性曲线向左移动，频率比向1靠近（但不会越过1），振幅增加，与此同时，阻尼的增加又使振幅降低，因此这两种因素对振幅增减的影响互相抵消。
当减少物料量也即负载减少时，振动质量减少，此时物料间及物料与振动给料机的摩擦等阻尼同时减小。在亚共振状态下，振动质量减小，固有频率降低，则幅频特性曲线向右移动，振幅减小，与此同时，阻尼的减小又使振幅增加，同样这两种因素对振幅增减的影啊互相抵消。
五、偏心块振动模式的优缺点
工作原理：偏心块振动模式的振动电机，当电机旋转时，轴及偏心块高速旋转产生的离心力得到激振力，偏心块产生激振力通过上质体与下质体连接杆和激振弹簧传递给振动筛。只需调节两端外侧的可动偏心块，使可动偏心块与内侧固定偏心块形成一定的夹角，就可无级调整激振力。偏心块夹角减小，振幅增大；夹角增大，振幅减小；进行偏心块夹角调整时，两台激振电机两侧的夹角必须相等，同一台激振电机两端的夹角也必须相等。 偏心块振动模式优点：利用率高、能耗小、寿命长、结构简单、维护方便、易加工。缺点：噪音大、必須停机才能调整激振力。
六、可变力轮振动模式改为偏心块振动模式的原因
将双质体亚共振筛振动电机两侧可变力轮改为偏心块，做出这样的改造主要有五个原因：
（一）可变力轮的主要作用是在筛子运行时可以实现在线调整振幅，可以在不停机的情况下，发现振幅偏大的振幅可以调小，双质体亚共振筛采用了双质体亚共振技术，通过振动电机带动上质体运行，上质体通过中间一组激振弹簧放大从而带动下质体振动，正是因为采用这样的技术，使双质体亚共振筛本身就有一个自适应的能力，亦即给矿量在一定范围内增加振幅不仅不会减小，反而会适当增加，因为双质体亚共振筛可以通过激振弹簧的适应能力来调节，一直以来给矿量基本恒定，所以双质体亚共振筛可以不用在使用可变力轮进行人工调整振幅，同时供气也就可以取消，这样就减小了消耗品的使用，减低备件成本的费用；同时降低了人工的维护量，更重要的是减小了电机轴承的载荷，提高电机的使用寿命。另外，即便取消了可变力轮，单振幅需要调整的时可通过增加或减少偏心块的数量来实现振幅的调整。
（二）、可变力轮的第二个作用是启、停平稳，由于双质体亚共振筛采用双质体亚共振技术，如不用气体让设备启动或停止设备同样启停平稳。
（三）、双质体亚共振筛可变力轮外侧有旋转接头连接气管，在长时间运转的情况下需要对旋转接头上的加油点进行加油维护，由于旋转接头未被密封，因此难以保证不会进入灰尘，双质体亚共振筛自正式投产至今已有4次由于旋转接头缺油或进入灰尘导致损坏的现象；增加维护难度，同时提高备件使用成本。
（四）、可变力轮工作模式为气体吹动缸体内的活塞进行偏心调整，从而实现振幅调整，长期使用难免会造成缸体内活塞损坏的情况，由于缸体结构特殊，目前尚无修复能力，一旦损坏必须更换新备件，该备件目前国内尚未生产，必须通过进口原厂家备件，备件成本增高，生产周期长。偏心块生产周期短，国内即可生产。偏心块损坏几率远远小于可变力轮。
（五）、原装配可变力轮的地方改装偏心块，偏心块重量比可变力轮小，振动电机轴承径向载荷减小，延长轴承使用寿命；原可变力轮轴的薄弱部位的剪切应力减小，降低薄弱部位发生疲劳失效断裂的几率。
七、改造后效果
双质体亚共振筛自2013年6月5日，将可变力轮振动模式改为偏心块振动模式以来，振动筛弹簧未受任何影响，双质体亚共振筛振动电机轴承1年多时间内还不曾损坏过。轴承与轴接触部位轴磨损现象明显得到改善。改变了以往三月或是更短周期内，轴承由于载荷大损坏的现象。减少检修人员的工作量，同时减少由于双质体亚共振筛振动电机轴承损坏引起停机台时，提高生产率。
从技术发展角度来看，虽然可变力轮调节振幅方式远比偏心块先进得多，但是从使用环境、维护人员的维护水平和使用效果来看，偏心块振动模式相对可变力轮更适合现在矿山用的双质体亚共振筛。
八、 总结
通过将双质体亚共振筛激振电机可变力轮改用偏心块，经实施后，在使用过程中取得了良好的效果。减少了该设备的运行故障引起的停机台式250小时左右，在产生了良好的经济效益的同时，设备性能也得到了充分的发挥。
参考文献：
[1] STM3070双质体振动筛使用、维护、检修操作手册美国GK通用振动设备公司.
[2] 许文主编《新编破碎粉磨与筛分机械选型设计实用全书》.北方工业出版社，2006年6月第一版.
[3]成大先 主编 《机械设计手册》第四版（第三卷），化学工业出版社.
[关键词]振动筛、激振电机、双质体、亚共振、可变力轮、偏心块。
中图分类号：TH237+.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0002-02
前言：
双质体亚共振筛属于矿山主要设备的配套设备，一旦该设备频繁出现故障，将严重制约了矿山成品矿量的生产。
一、 双质体亚共振筛结构和工作原理
1.1双质体亚共振筛结构
双质体亚共振筛是一种有效筛分面积为21m2，筛宽为3.0 m筛长为7.0m的双通道座式振动筛，主要由主筛体（下质体）、激振体（上质体）、激振电机、激振弹簧（共振弹簧）、VF可变力轮、板式稳定器、振幅监测系统、进料区、聚氨酯筛板、聚氨酯耐磨侧板、橡胶弹簧隔振装置、紧固螺栓等部件组成。
1.2双质体亚共振筛工作原理
雙质体亚共振筛采用双质体设计，使用自适应式、亚共振技术，实现用小功率振动电机的激振力驱动大型筛体，通过激振弹簧系统放大工作振幅来满足矿石的筛分要求；结构简单有效地降低了振动筛产生的噪音。激振体产生的激振力作用方向与水平方向形成一个夹角，即振动方向角。两台激振电机同步异向转动，在各瞬时位置中，产生的离心力沿振动方向的分力总是相叠加的，而在其法向的离心分力总是相互抵消，从而形成了单一的沿振动方向的激振力，使筛箱做往复直线振动。该种激振原理并不会随着物料负荷的变化而影响筛分性能的发挥。
激振电机是双质体亚共振筛振动源，是设备的核心部件，双质体亚共振筛运行状况良好与否跟激振电机运行状况密切相关。
二、可变力轮常见故障
可变力轮气管部分旋转接头长时运行容易脱落，一旦脱落无法修复，需要购买新的可变力轮更换。因为是进口设备，其备件必须进口，这样就增加了备件的成本，同时生产周期相对国产备件长的多，严重影响生产。
双质体亚共振筛可变力轮外侧有旋转接头连接气管，在长时间运转的情况下需要对旋转接头上的加油点进行加油维护，由于旋转接头未被密封，容易进入灰尘，且灰尘无法清除，旋转接头经常容易损坏。旋转接头在运行的状态下，无法及时更换，必须停机更换，影响生产。
由于可变力轮本身重量，在旋转过程中对振动电机轴承产生径向载荷，在一定程度上减短轴承使用寿命。可变力轮自身重量，还增加了振动电机与可变力轮联接部分轴的径向载荷，增加了轴薄弱部位的剪切应力，容易使可变力轮所在轴的薄弱部位产生疲劳失效断裂。（疲劳失效断裂如下图）
三、V-F可变力轮供气系统结构及工作原理
可变力轮主要起调整振幅的作用。可变力轮采用封闭式系统设计，不会消耗大量的压缩空气。每台设备每分钟只需要消耗1立方英尺的压缩空气。通过控制气压调整可变力轮内活塞位置而改变激振力的大小。为了实现振动筛在启动和停机过程中平稳性，可将可变力轮调整到为最小激振力位置。整个调整过程将通过电气控制箱的电气转换而完成，并将4-20 毫安的信号输出到控制系统。
四、研究双质体亚共振筛的亚共振特性
4.1 双质体亚共振筛激振弹簧的分布特点
筛体上共分布有48个35mm的激振弹簧。激振弹簧两端固定圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧，其特性是线性，刚度稳定，结构简单，制造方便，应用较广，在机械设备中多用作缓冲，减振，以及储能和控制运动等。
4.2 螺旋弹簧的稳定性、强度和共振的验算
（1）压缩弹簧稳定性验算
高径比b较大的压缩弹簧，当轴向载荷达到一定值时就会产生侧向弯曲而失去稳定性。为了保证使用稳定，高径比b=H0/D应满足下列要求：两端固定：b≤5.3；一端固定，另一端回转：b≤3.7；两端回转：b≤2.6；当高径b大于上述数值时，要按照下式进行验算Pc=CBP′H0>P现双质体亚共振筛采用的弹簧是两端固定类型的，为保证弹簧的特性，弹簧高径比应大于0.4的则有，b值得选取为：
0.4
对于受循环载荷的弹簧应进行疲劳强度验算，受循环载荷次数少或所受循环载荷的变化幅度小时，应进行静强度验算。当两者不易区别时，要同时进行两种强度的验算。但是此处弹簧已经选定，无需验算弹簧强度。
（3）共振验算
亚共振状态，泛指系统工作频率比小于1，又比较接近1的状态。通过上式显示的结果，两端固定圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧本身具备减振的特性，就不可能有共振的现象产生，通过计算证明弹簧使双质体共振筛筛体在亚共振区域工作。
亚共振区域有如下特点：当增加物料量也即负载增大时，振动质量m增加，此时物料间及物料与振动给料机的摩擦等阻尼同时增加。在亚共振状态下，振动质量增加，固有频率降低则幅频特性曲线向左移动，频率比向1靠近（但不会越过1），振幅增加，与此同时，阻尼的增加又使振幅降低，因此这两种因素对振幅增减的影响互相抵消。
当减少物料量也即负载减少时，振动质量减少，此时物料间及物料与振动给料机的摩擦等阻尼同时减小。在亚共振状态下，振动质量减小，固有频率降低，则幅频特性曲线向右移动，振幅减小，与此同时，阻尼的减小又使振幅增加，同样这两种因素对振幅增减的影啊互相抵消。
五、偏心块振动模式的优缺点
工作原理：偏心块振动模式的振动电机，当电机旋转时，轴及偏心块高速旋转产生的离心力得到激振力，偏心块产生激振力通过上质体与下质体连接杆和激振弹簧传递给振动筛。只需调节两端外侧的可动偏心块，使可动偏心块与内侧固定偏心块形成一定的夹角，就可无级调整激振力。偏心块夹角减小，振幅增大；夹角增大，振幅减小；进行偏心块夹角调整时，两台激振电机两侧的夹角必须相等，同一台激振电机两端的夹角也必须相等。 偏心块振动模式优点：利用率高、能耗小、寿命长、结构简单、维护方便、易加工。缺点：噪音大、必須停机才能调整激振力。
六、可变力轮振动模式改为偏心块振动模式的原因
将双质体亚共振筛振动电机两侧可变力轮改为偏心块，做出这样的改造主要有五个原因：
（一）可变力轮的主要作用是在筛子运行时可以实现在线调整振幅，可以在不停机的情况下，发现振幅偏大的振幅可以调小，双质体亚共振筛采用了双质体亚共振技术，通过振动电机带动上质体运行，上质体通过中间一组激振弹簧放大从而带动下质体振动，正是因为采用这样的技术，使双质体亚共振筛本身就有一个自适应的能力，亦即给矿量在一定范围内增加振幅不仅不会减小，反而会适当增加，因为双质体亚共振筛可以通过激振弹簧的适应能力来调节，一直以来给矿量基本恒定，所以双质体亚共振筛可以不用在使用可变力轮进行人工调整振幅，同时供气也就可以取消，这样就减小了消耗品的使用，减低备件成本的费用；同时降低了人工的维护量，更重要的是减小了电机轴承的载荷，提高电机的使用寿命。另外，即便取消了可变力轮，单振幅需要调整的时可通过增加或减少偏心块的数量来实现振幅的调整。
（二）、可变力轮的第二个作用是启、停平稳，由于双质体亚共振筛采用双质体亚共振技术，如不用气体让设备启动或停止设备同样启停平稳。
（三）、双质体亚共振筛可变力轮外侧有旋转接头连接气管，在长时间运转的情况下需要对旋转接头上的加油点进行加油维护，由于旋转接头未被密封，因此难以保证不会进入灰尘，双质体亚共振筛自正式投产至今已有4次由于旋转接头缺油或进入灰尘导致损坏的现象；增加维护难度，同时提高备件使用成本。
（四）、可变力轮工作模式为气体吹动缸体内的活塞进行偏心调整，从而实现振幅调整，长期使用难免会造成缸体内活塞损坏的情况，由于缸体结构特殊，目前尚无修复能力，一旦损坏必须更换新备件，该备件目前国内尚未生产，必须通过进口原厂家备件，备件成本增高，生产周期长。偏心块生产周期短，国内即可生产。偏心块损坏几率远远小于可变力轮。
（五）、原装配可变力轮的地方改装偏心块，偏心块重量比可变力轮小，振动电机轴承径向载荷减小，延长轴承使用寿命；原可变力轮轴的薄弱部位的剪切应力减小，降低薄弱部位发生疲劳失效断裂的几率。
七、改造后效果
双质体亚共振筛自2013年6月5日，将可变力轮振动模式改为偏心块振动模式以来，振动筛弹簧未受任何影响，双质体亚共振筛振动电机轴承1年多时间内还不曾损坏过。轴承与轴接触部位轴磨损现象明显得到改善。改变了以往三月或是更短周期内，轴承由于载荷大损坏的现象。减少检修人员的工作量，同时减少由于双质体亚共振筛振动电机轴承损坏引起停机台时，提高生产率。
从技术发展角度来看，虽然可变力轮调节振幅方式远比偏心块先进得多，但是从使用环境、维护人员的维护水平和使用效果来看，偏心块振动模式相对可变力轮更适合现在矿山用的双质体亚共振筛。
八、 总结
通过将双质体亚共振筛激振电机可变力轮改用偏心块，经实施后，在使用过程中取得了良好的效果。减少了该设备的运行故障引起的停机台式250小时左右，在产生了良好的经济效益的同时，设备性能也得到了充分的发挥。
参考文献：
[1] STM3070双质体振动筛使用、维护、检修操作手册美国GK通用振动设备公司.
[2] 许文主编《新编破碎粉磨与筛分机械选型设计实用全书》.北方工业出版社，2006年6月第一版.
[3]成大先 主编 《机械设计手册》第四版（第三卷），化学工业出版社.