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电磁振动给料机参数的确定原则

时间 2020-11-09 15:34

  电磁振动给料机参数的确定原则_机械/仪表_工程科技_专业资料。电磁振动给料机参数的确定原则

  工艺与设备 王艳等·电磁振动给料机参数的确定原则 电磁振动给料机参数的确定原则 王 艳 1, 周 辉 2 (1、武汉仪表电子学校,湖北 2、武汉明伦橡胶公司,湖北 武汉 武汉 430074; 430022) 摘要:介绍了电磁振动给料机的结构和工作原理,阐述了电磁振动给料机主要参数的设计与确定原则。指出了使用及维护 方法,总结了电磁振动给料机常见的故障原因和相应的处理方法。 关键词:电磁振动给料机;参数;控制;调整;故障 中图分类号:TQ022.3 文献标识码:B 文章编号:1009-797X(2010)02-0033-06 DOI:10.3969/J.ISSN.1009-797X.2010.02.007 电磁振动给料机是一种较新型的定量给料 设备,用于把块状、颗粒状、粉状物料从贮料 仓中定量、均匀、连续地输送到受料装置中, 具有上料效率高、定向性能优良、结构简单、 工作稳定可靠等特点,在橡胶行业得到广泛应 用,如配料称量系统等。目前,橡胶行业电磁 振动给料机普遍存在选型、使用、调整和维护 不当等问题,造成设备的工作稳定性较差,输 送能力下降,严重地影响生产的正常运行。 因此,掌握电磁振动给料机结构、工作原理, 以及各部件的功能,了解设备的正确安装、操 作、使用、维护方法,按规范要求使用和管 理,做好机器的维护和调试工作,对保证设备 稳定可靠、高效工作及生产顺利进行具有重要 作用。 用于需要定向整理的物料的给料,多用于具有 一定形状和尺寸的物料传输的场合。橡胶行业 使用的电磁振动给料机一般为直槽式,结构如 图1所示。主要由料槽、电磁激振器、减振器组 成。激振器又由电磁铁(铁芯和线圈)、衔铁 和装在两者之间的主振弹簧等构成,是产生振 动的激振源,激振器的工作可以通过一定的控 制装置进行控制。 图1 电磁振动给料机基本结构 1 1.1 电磁振动给料机的原理与特点 电磁振动给料机结构 电磁振动给料机从结构上主要分为直线 电磁振动给料机工作原理 电磁振动给料机是一个较为完整的双质点 槽往复式(简称“直槽式”)和螺旋料槽扭动式 (简称“圆盘式”)两类,两者的工作原理基本 相同。直槽式一般用于不需定向整理的粉、粒 状物料的给料,或用于对物料进行清洗、筛 选、烘干、加热或冷却的操作机;圆盘式一般 定向强迫振动的弹性系统,整个系统工作在低 临界共振状态,主要利用电磁激振器驱动槽体 作者简介:王艳(1966-),女,武汉仪表电子学校高 级工程师,主要从事机械设计与研究工作。 收稿日期:2009-07-28 2010年 第36卷 ·33· 橡塑技术与装备 以一定的倾角做往复振动,使物沿料槽移动。 图2(a)为电磁振动给料机的工作原理。物料 置于由主振弹簧支撑的供料槽体上,衔铁与槽 体的主振弹簧连成一体,线圈缠绕在铁芯上。 由于线圈中流过的是经过半波整流后的单向脉 动电流,因此,电磁铁就产生了相应的脉冲电 磁力(如图2(b))。在交流电的正半周,脉动 电流流过线圈,在铁芯和衔铁之间产生一脉动 电磁吸力,使槽体向后运动,激振器的主弹簧 发生变形,储存性势能。在负半周期内,线圈 中无电流通过,电磁力消失,衔铁在弹簧力的 作用下与电磁铁分开,使料槽向前运动。这样 料槽就以交流电源的频率,连续地进行往复振 动。 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT 1.3 电磁振动给料机的特点 电磁振动给料机是一种机电合一的设备, 与其他机械驱动给料机(如圆盘给料机、摆式 给料机、板式给料机等)相比,具有以下优 点: (l)体积小,重量轻,结构简单,安装方 便,无转动部件,无需润滑,维修方便,运行 费用低。 (2)由于采用了机械振动学的共振原理, 双质体工作在低临界亚共振状态下,因而消耗 电能少。 (3)由于可以瞬时改变和启闭料流,因此 给料量具有更高的精度。 (4)由于料槽中的物料在给料过程中连续 被抛起,并按抛物线的轨迹向前跳跃运动,因 此对给料槽的磨损较小。 (5)电磁振动给料机一般采用半波整流或 可控硅半波整流等线路,因此在使用过程中, 可以方便地调节给料量,并易于实现生产流程 的集中控制和自动控制。 2 2.1 图2 电磁振动给料机工作原理 主要参数确定 电磁振动器参数 电磁振动器是应用电磁驱动和机械共振原 振动系统采取不同的运动学参数(振幅、 频率、振动角和倾角)时,物料在料槽上做相 对静止、正向滑动、反向滑动或抛掷运动等4 种不同的运动:①相对静止:物料随料槽一起 运动无相对运动;②正向滑动:物料与料槽保 持接触,同时物料沿输送方向对料槽作相对运 动;③反向滑动:物料与料槽保持接触,同时 物料逆着输送方向对料槽作相对运动;④抛掷 运动:物料在料槽上被抛起,离开料槽,沿料 槽向前作抛物线种运动形式中,相 对静止不能运输物料,反向滑动不是输送物料 的理想运动状态,只有正向滑动和抛掷运动才 是完成给料的理想运动状态,但由于参数的某 种限制,实际的运动状态可能是以上4种运动形 式的某种组合。 理设计的,由一个双质点定向强迫振动的弹性 系统组成,系统能以较小的功率消耗产生较大 的机械输送能力。电磁振动器的主要参数包括 振动频率、振幅和驱动角,这些参数对于不同 物料有不同的最佳值。 ( 1 ) 机 械 指 数K 机 械 指 数K 是 用 来 衡 量 系 统 振 动 强 弱 的 一 个参数,用给料槽最大加速度与重力加速度的 比值来表示。机械指数值越大,表明振动越强 烈。 K = 4 π 2f 2a /g 式中: (1) f —— 振 动 频 率 , H z ; a —— 振 幅 , m ; g —— 重 力 加 速 度 , m / s 2 。 机械指数对给料机的工作性能有较大的影 第36卷 第2期 ·34· 工艺与设备 响 。K 值 过 低 , 物 料 抛 不 起 来 , 振 幅 也 不 稳 定 , 给 料 效 果 不 佳 ;K 值 过 高 , 振 动 和 冲 击 强 烈 , 对 槽体损坏较大。在槽体刚度和强度不足的情况 下,将影响机器的正常工作。为了使物料获得 良好的抛掷运动和获得较大的输送速度,并保 证 机 器 有 一 定 的 工 作 寿 命 , 通 常K = 2 ~ 5 。 对 于 粉 状 物 料 、 湿 物 料 ,K 应 取 大 值 。 对 于 大 块 物 料 ,K 应 取 小 值 。 ( 2 ) 抛 掷 指 数D 抛 掷 指 数D 是 表 征 物 料 抛 掷 运 动 特 性 的 量 , 用振动加速度的最大值在槽底法向的分量与重 力加速度在槽底法向的分量的比值来表示。 (2) 式中: 王艳等·电磁振动给料机参数的确定原则 定时,给料能力取决于频率与振幅的乘积,为 了保证一定的给料能力,其中一项降低后,另 一项应增高。在一般情况下,当机械指数相同 时,大振幅低频率比小振幅高频率具有更高的 输 送 速 度 。 因 此 , 宜 选 用 较 大 的 振 幅α 和 较 低 的 频 率f 。 但 若 输 送 的 物 料 粒 度 大 , 容 易 产 生 冲 击 噪 音 时 , 则 应 选 用 较 高 的 频 率f 和 较 小 的 振 幅 α ,以降低物料落下时与槽体的相对冲击速度。 ( 4 ) 振 动 方 向 角β 振动方向角为激振力方向与槽体底平面的 夹角。合理选择振动方向角可以提高输送效 率 。 振 动 方 向 角 的 选 择 与 机 械 指 数K 和 物 料 的 特性有关。理论上来讲,可以从最大输送速度 出 发 , 求 出 一 个 与 机 械 指 数K 相 对 应 最 佳 振 动 方 向角,但实际上影响输送速度的因素很多,因 此最佳振动方向角只能在一定的范围内选取, 一 般β = 2 5 ~ 3 5 ° 。 当K = 3 ~ 5 时 ,β = 3 0 ~ 3 5 ° ; 当 f —— 振 动 频 率 , H z ; α —— 给 料 槽 振 幅 , m ; g —— 重 力 加 速 度 , m / s 2 ; β —— 振 动 方 向 角 ( ° ) ; α —— 槽 体 倾 角 ( ° ) ; K —— 机 械 指 数 。 抛 掷 指 数D 的 大 小 决 定 物 料 在 料 槽 上 的 运 动 状 态 。 当D ≤ 1 时 , 物 料 在 料 槽 上 的 运 动 为 滑 行 运 动 而 不 是 抛 掷 运 动 ; 当D > 1 , 物 料 在 料 槽上的运动状态是抛掷运动,即料槽工作面的 加 速 度 满 足 : 4 π 2f 2α s i n β > g c o s α 。 为 了 提 高 输 送效率,目前电磁振动给料机大多选用周期性 抛 掷 运 动 状 态 , 常 取 1 D 3 . 3 , 即 物 料 被 抛 起 飞行的时间小于槽体振动的周期。输送脆性物 料时,为了减少物料在输送过程中被过多地破 碎,宜采用较小的抛掷指数,或在一定的抛掷 指数下选取较高的频率和较小的振幅,以降低 物料下落时与槽体的相对冲击速度。 ( 3 ) 振 幅α 和 振 动 频 率f 电 磁 振 动 给 料 机 的 给 料 能 力 与 振 幅α 成 正 比,因此提高振幅可以提高给料能力,但振幅 过大会破坏物料的颗粒完整性,因此振幅一 般 控 制 在 0 . 5 ~ 1 . 5 m m 范 围 内 。 振 动 频 率f 的 提 高对提高给料能力有利,但过高的频率又会增 加机件的动应力和动力变形。在振动方向角一 K = 5 ~ 7 时 ,β = 2 0 ~ 3 0 ° 。 在K 一 定 的 条 件 下 , 影 响β 值 选 取 的 因 素 还 有 物 料 的 粒 度 、 水 份 、 料 层 厚度和噪声要求。一般物料的粒度越大、水份 越 大 、 层 粒 度 厚 度 越 大 ,β 应 取 较 大 值 , 否 则 取 较小值。 2.2 槽体结构 槽体尺寸不仅影响给料能力,而且也影响 给料质量、设备寿命。为了减小惯性力,在保 证强度和刚度的前提下,应尽可能减轻槽体的 质量。 槽体宽度应满足条件: B k d m a x 式中: (3) k —— 系 数 , 对 未 筛 分 物 料 , 通 常 取 2 ~ 3 ; d m a x —— 最 大 物 料 粒 度 , m m 。 槽体的最小长度以使物料在停机时不至于 从槽端流出为依据,一般为0.5~1.5 m左右。为 了使槽体沿激振力方向产生直线往复振动,还 必须使激振力通过槽体重心。 2.3 槽 体 倾 角α 槽体倾角是指槽体与水平面之间的夹角, 其值影响物料的输送速度。槽体向下安装时, 输 送 速 度 会 显 著 提 高 。 如α = 1 0 ° 时 , 输 送 速 度 2010年 第36卷 ·35· 橡塑技术与装备 可 提 高 3 0 % 左 右 ;α = 1 5 ° 时 可 提 高 6 0 % 以 上 。 但α 值 过 大 , 不 仅 加 剧 物 料 对 槽 体 的 磨 损 , 同 时 可能因物料的滑动增大引起自流,影响给料精 度 , 因 此 , 一 般 槽 体 倾 角α 不 超 过 1 0 ~ 1 5 ° 。 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT 免给料机工作时物料向一侧偏移,并保证所有 紧固螺栓牢固紧固。 3.2 电磁振动给料机的调节 (1)气隙的调整 铁芯与衔铁间气隙的大小直接影响电磁振 2.4 输送量 输送量是电磁振动给料机设计和选型的关 动给料机的正常运行,如调整不当,轻者使 电流增大、振幅减小,导致设备不能正常运 转,严重者将使铁芯碰撞,导致铁芯和线圈 的损坏。铁芯与衔铁之间的间隙一般为1.8~ 2.0 mm,使用时可以根据给料量的大小适当 缩小或扩大。气隙过大会减小振幅,增大电流 和功率消耗;气隙过小会造成衔铁与铁芯的撞 击,损坏部件。生产中应经常检查气隙的大小 并进行适当调整。气隙的调整方法是:首先用 检修螺杆调整好连接叉位置,然后利用塞尺调 整气隙大小,最后可靠紧固并加上防松螺母。 除了保持合适的气隙外,还要使铁芯与衔铁的 工作面互相平行,保证激振力的作用线通过给 料机槽体的重心,同时要注意使电磁振动器的 中心线与槽体的中心线在一垂直平面内,否则 给料机工作时要发生偏斜。 (2)弹性系统调谐 给料机的给料能力与振动频率和振幅成正 比关系,而只有当给料机的自振频率与激振频 率相等而发生共振时,料槽的振幅最大,但此 时电磁振动给料机工作的稳定性很差。为使给 料机既能稳定工作,又有较高工作效率,一般 应将电磁振动给料机调整在亚共振区工作,即 两频率之比为: 键 参 数 。 电 磁 振 动 给 料 机 的 理 论 输 送 量Q ( t / h)为: Q = 3 6 0 0h B v ρ 式中: (4) h —— 物 料 层 厚 度 , m , 对 槽 式 振 动 给 料 机 , 一 般 取h = ( 1 / 3 ~ 1 / 4 )B ; B —— 槽 体 宽 度 , m ; v —— 物 料 的 理 论 平 均 速 度 , m / s ; ρ —— 物 料 松 散 密 度 , t / m 3 。 影响给料能力的因素既有几何尺寸、物料 性质,也有工艺参数。一旦槽体几何尺寸、安 装 倾 角α 、 振 动 方 向 角β 、 被 输 送 物 料 确 定 之 后,电磁振动给料机输送量就主要由振动参数 决定。生产中可根据实际需要,通过调整振动 参数来调整输送量。 3 3.1 电磁振动给料机的使用与维护 电磁振动给料机的安装 (1)电磁振动给料机一般采用悬挂式安 装,吊杆应安装在具有足够刚性的结构上,为 了减少电磁振动给料机的横向摆动,悬挂吊杆 应向外张开10°左右布置。对于大型给料机,为 了维修和更换料槽方便,还应设置移动滑架。 (2)电磁振动给料机应整体安装,一般 不允许拆卸,也不允许在机器上固结任何刚性 附件。安装时应给设备周围留有一定的活动空 间,避免工作时与其他设备碰撞。一般长度方 向的空间最小为50 mm,宽度方向为25 mm。 (3)电磁振动给料机槽体可以水平安装, 也可以倾斜安装,其给料能力与下倾角度成正 比,但下倾角过大容易引起物料自流,难以保 证给料精度,因此,应根据物料的性质来确定 是向上倾斜、向下倾斜,还是水平放置。 (4)安装后给料机横向应处于水平状态,避 i =ω /ω 0 = 0 . 8 5 ~ 0 . 9 5 式中: (5) ω —— 系 统 的 振 动 频 率 , s - 1 ; ω 0 —— 系 统 的 固 有 频 率 , s - 1 。 当i 低 于 此 范 围 值 时 , 料 槽 振 幅 较 小 , 给 料 机 的 输 送 能 力 下 降 , 能 耗 增 加 ; 而i 高 于 此 范 围 值时(超临界状态),给料机的工作状态会不 断恶化,最终不能进行正常工作。若电磁振动 给料机不在亚共振区工作,则必须对弹性系统 进 行 调 谐 。 其 一 是 调 整 给 料 机 固 有 频 率ω 0 , 可 采取适当改变弹簧片数(截面积)或倾角以调 第36卷 第2期 ·36· 工艺与设备 整 弹 簧 刚 度k , 改 变 给 料 机 的 部 分 质 量 ( 如 料 槽、衔铁质量,增加铁心、线圈、板簧、基座 之类的质量)以改变折算质量。生产中一般采 取调整弹簧刚度的措施。具体方法是:松开检 修螺杆,接通控制电源,逐步增加工作电流, 观察振幅的指示值。当电流达到最大值,而振 幅达不到最大值时,可把弹簧板组的顶紧螺丝 稍做松动,此时如振幅增大、工作电流下降, 则说明弹簧刚度偏大,应减少簧片的块数以减 少刚度。其二是通过变频器直接改变电磁铁的 工 作 频 率ω 。 (3)给料量的调节 电磁振动给料机给料量的调节可采用调节 振幅、调节振动频率和调节料仓闸门的开度等 方法。调节振幅:在额定振幅范围内,通过转 控电位器旋钮或输入自动控制信号可以直接调 节振幅,从而无级地调节给料机的给料量。虽 然改变振幅也可改变给料能力,但电磁振动给 料机一般采用小振幅,若增加振幅会增大激振 器的气隙,从而带来许多不良后果,如电流增 大等。调节频率:通过可控硅单相半波整流, 供给电磁激振器大小可调的脉动直流电,调整 振动频率。调谐是一种比较理想的调节给料能 表1 序号 1 2 3 4 5 6 故障特征 接通电源后机器不振动 振动微弱,调整电位器振幅反映 小,不起作用或电流偏高 机器嗓音大,调整电位器振幅反 映不规则,有猛烈的撞击声 机器间歇地工作或电流上下波动 空载试车正常,负载后振幅下降 很多 工作正常,只是电流偏高 王艳等·电磁振动给料机参数的确定原则 力的方法,但注意应使给料机处于临界状态。 调节料仓闸门的开度:通过调整料仓闸门开度 来改变料层厚度,以达到调节给料量的目的。 3.3 电磁振动给料机的维护 (1)经常检查给料槽振幅和线圈电流,注 意机器的响声是否正常,如果发现声音突然变 大,或发现有撞击声,要仔细分析原因,并立 即停机处理。 (2)铁芯与衔铁之间气隙任何时间必须 保持平衡,应随时检查螺栓是否松动、间隙是 否正常,如果板弹簧顶紧螺栓松动或板弹簧断 裂,铁芯与衔铁之间气隙发生变化或撞击,要 立即处理。 (3)经常检查吊装器有否松动,吊装器如 有松动会使电磁振动给料机四角不平衡,影响 给料质量,应立即紧固。 (4)振动器的密封罩必须盖好,以防灰尘 进入,堵塞板弹簧之间的间隙,并要经常清理 密封罩积灰。 4 电磁振动给料机常见的故障 电磁振动给料机常见的故障特征、故障原 因及处理方法见表1。 电磁振动给料机常见故障原因与处理 故障原因 处理方法 1、更换保险丝; 2、用摇表或欧姆表检查电阻,处理断路或接好引出线、更换或拧紧螺栓; 3、调整气隙到标准值2 mm左右。 检查线圈层间或匝间有无短路或引出线接头是否虚联,修 理或更换线圈。 重新设计或改进料仓口,减少料柱压力。 调整气隙到标准值2 mm左右。 1、保险丝烧断; 2、线圈导线短路或引出线、气隙堵塞、板簧间隙堵塞。 1、板弹簧发生断裂; 2、振动器与箱体联接螺栓断裂或松动; 3、铁芯和衔铁发生撞击。 线圈损坏 重新设计或改进料仓口,减少料柱压力。 可能气隙太大。 5 结束语 电磁振动给料机具有体积小、易于制造、 其缺点是安装调试要求较高,如果调整不当, 则机器不能正常工作、产生噪声、甚至不振 动。现代橡胶工业对电磁振动给料机的效率与 自动化控制要求越来越高。当前,电磁振动给 料机存在的主要问题是如何进一步提高输送物 料的效率,降低振动噪音和能耗,以及提高装 便于安装、维修方便、无相对运动的零部件、 无机械摩擦、无润滑点、密封性好、功率消耗 低、设备运转费用少、给料均匀且可无级调 速、便于实现给料过程自动控制等许多优点, 2010年 第36卷 ·37· 橡塑技术与装备 置的自动化控制程度。随着科学技术和计算机 控制的日益发展、人们对振动与控制问题的认 识的深入,这些问题将会逐步得到解决,电磁 振动给料机的性能将进一步得到提高,电磁振 动给料机将为橡胶工业现代化和自动化作出更 大的贡献。 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT [2] [3] [4] [5] [6] 刘育. 国内煤矿振动给料设备的现状及发展[J]. 煤矿机 械,2003(4):3~4 于雷. 电磁振动给料机特性分析与仿真控制[D]. 广西大 学硕士学位论文,2004. 郝晓琳,李志华. 电磁振动给料机在配料称量系统中的 应用分析[J]. 橡塑技术与装备,2005(1):41~44. 赵永极. 电磁振动给料机在聚氯乙烯生产中的应用[J]. 中 国氯碱,2003(l):34~35. 张红安,李纬. GZ型电磁振动给料机在铝用炭阳极生产 中的应用和维护[J]. 轻金属,2007(10)52~53. [7] 黄凤. 电磁振动给料机振幅的自适应控制[D]. 河海大学 硕士学位论文,2007. 参考文献: [1] 尚久浩,张淳,等. 自动机械设计[M]. 北京:中国轻工 业出版社,2003. Determining principles of the parameters for electromagnetic vibrating feeder Wang Yan 1, Zhou Hui 2 (1, Wuhan instrument & electronics school, Wuhan 430074, Hubei China; 2, Wuhan Minglun rubber co., ltd., Wuhan 430022, Hubei China) Abstract: Introduced the structure and working principle of electromagnetic vibrating feeder, and expatiated the design and principles of its main parameters. Pointed out the using and maintenance methods, and summarized the common cause and the corresponding approach of the malfunction of electromagnetic vibrating feeder. Key words: electromagnetic vibrating feeder; parameters; control; adjustment; failure (XS-03) 大橡塑产出国内首台 变频式密炼机 大连橡胶塑料机械股份有限公司自主研发 生产的我国第一台变频式密炼机正在紧张的调 试中,近日将在广东肇庆落户。此项开发开创 了国内使用具有自主知识产权变频器生产变频 式密炼机的先河,填补了国内橡胶机械的一项 空白。 密炼机是轮胎生产和各种橡胶制品生产中不 可缺少的关键设备。目前国内橡胶机械制造厂 只能生产直流传动的密炼机,对变频式密炼机 的生产还没有问津。变频式密炼机以其对电网 污染小、发热量低、效率高、设备事故率低、 无需使用者购置变压器和消谐动态无功补偿装 置等优势,受到国内市场的广泛欢迎。国内橡 胶制品行业目前使用的变频式密炼机全部依赖 进口,设备成本高达上千万元。大橡塑公司自 主研发生产的变频式密炼机采用了DXS(大橡 塑)品牌专用变频器,具有良好的性价比。 大橡塑公司从1955年生产国内第一台250 L 密炼机至今,已有50多年生产密炼机的历史。 为了适应橡胶制品行业对使用环保节能设备的 需要,大橡塑借助自身多年生产密炼机的工艺 技术积累,开发研制出变频式,形成了从250 L 到650 L共10个规格、多个品种“中国制造”的密 炼机系列。它涵盖了本伯里型的大部分型号, 并且全部型号的密炼机均已通过了国际CE认 证,拿到了进入欧洲市场的通行证。 首台370变频式密炼机的即将出厂,在国内 市场引起了广泛的关注和欢迎,到目前为止,大 橡塑公司已接到8台份变频式密炼机的订货合同。 栾兰、王振平供稿 (XS-02) ·38· 第36卷 第2期

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