1、毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 电磁振动给料器给料速度的分析 前 言 振动机械是 20 世纪后半期得到迅速发展的一种机械，它是利用振动原理来完成各种工艺过程的机械设备 2。 利用振动可有效地完成许多工艺过程，也可用来提高某些机器的工作效率。最近 30 多年来，振动机械得到了迅速的发展。而 随着社会的加速发展，竞争的日趋激烈，要求人们最大限度地降低产品成本 ,电磁振动送料器就是在这样的背景下产生的。 据不完全的统计，目前已用于工业生产中的振动机械有几十种之多，其中电磁振动给料器 是 常用的一种 。 振动给料机是自动加 工与自动装配系统中的一种供料装置，它广泛应用在冶金、煤炭、电力、化工
2、、轻工 、落纱、成型、振捣 和食 品 等工矿企业中 ， 具有上料效率高、定向性能 好 、结构简单、工作稳定可靠 等优点。 目 前振动给料机存在的 关键 问题是如何 更 进一步提高输送物料的效率，降低振动、噪音 、 能耗 和 提高装置的自动化控制程度。 而 随着人们对振动与控制问题认识的深入，也使得提高电磁振动给料机的性能成为可能。 主 题 在很多情况下，振动是一种不必要的和有害的现象。但在某些场合，振动是有益的。例如，利用振动可有效地完成许多工艺过程，也可用来提高某些机器的工作 效率 3。最近 30 多年来，振动机械得到了迅速的发展，它是利用振动原理来完成各种工艺过程的机械设备。当前这类机械已
3、广泛应用在工农业生产及国防建设等部门，例如采矿、石油、机械、水利、建筑、铁路、公路交通、食品和谷物加工、农田耕作、作物收割等。这类机械可有效完成很多工艺过程，例如给料、上料、输送、筛分、烘干、冷却、脱水、选分、粉磨、光饰、落砂、成型、整形、振捣、压路、钻挖、装载、振仓、犁土、沉桩、清理、采油、时效、切削、检测、诊断等。 据不完全的统计，目前已用于工业生产中的振动机械有几十种之多，其中 电磁振动给料 器 是 常用的一种 。 振动给料机是自动加工与自动装配系统中的一种供料装置，它广2 泛应用在冶金、煤炭、电力、化工、轻工和食 品 等工矿企业中 ， 具有上料效率高、定向性能 好 、结构简单、工作稳定
4、可靠 等优点，使得它们在工业的各个部门发挥着越来越重要的作用。 一、振动机械的组成 振动机械通常是由激振器、工作机体及弹性元件三个部分组成 1 （ 1）激振器 用于产生周期变化的激振力，使工作机体产生持续的振动。常用的激振器有惯性式激振器、弹性连杆式激振器、电磁式激振器、液压式或气动式激振器，以及凸轮式激振器等。 （ 2）工作机体或平衡机体 如输送槽、筛箱、台面和平衡架体等。但在一些振动机中无平衡架体。为了完成各种工艺过程，它们通常作周期性的运动。 （ 3）弹性元件（弹簧） 包括隔振弹簧（其作用是支承振动机体，使机体实现所要求的振动，并减少传给机体或结构架的动载荷）、主振弹簧（即共振弹簧或称蓄
5、能弹簧）和连杆弹簧（传递激振力等）。在一些振动机械中无弹性元件。 振动机械与其它类型的机械相比，优点是结构简单、制造容易、重量较轻、金属消耗量少、成本低、能耗小、安装方便、维修容易等。某些振动机械也存在着振幅不够稳定、调整复杂、传给地基的振动较大、零部件工 作寿命较短及噪声较大等缺点 2。 二、振动机械的用途 （ 1）物料的输送 利用振动的槽体（或管体），可使物料沿指定的方向作滑行或抛掷运动，从而可以达到输送物料的目的。用管体封闭的振动输送机，能输送含有矽尘的矿物及其它有害或有毒的物料，可为现场工人创造良好的工作环境，以保证他们的身体健康；此外，便于输送高温物料。这两个优点是其它输送设备所不能
6、比拟的。 （ 2）物料的筛分、选别、脱水、冷却和干燥 因为振动可使物料松散地和均匀地分布于工作面上，同时在振动面上物料受重力（在离心力场中则为离心力）、冲击力、摩擦力和惯性 力的频繁作用，所以在输送物料的过程中，可有效地完成诸如筛分、选别、脱水、冷却和干燥等各种工艺过程。 （ 3）物料的粉磨、物件的清理和工件的光饰 3 利用振动可使物料（或物件）内部的裂纹易于形成，并迅速展开；利用振动可加剧物料（或物件）与研磨介质之间的相互摩擦和撞击，从而可有效地完成物料粉磨、物件的清理、铸件的落砂和工件（或刀具）光饰等各种工艺过程。 （ 4）松散物料的成型与紧实 利用振动可以显著减少物料的内摩擦系数，增加其
7、“流动性”，因而使物料易于成型与紧实。 （ 5）土壤或砂石的夯实、振捣及沉拔桩等 利用振动 可减少土壤、砂石和其它混合物的内摩擦力，可降低土壤对贯入物体（桩或管）的阻力，因而可有效地完成夯土、压路、振捣和沉拔桩等工作，并可大大减轻工人的体力劳动。 （ 6）仪器、机器及其零部件的测试 利用激振器对机件进行振动试验；利用振动试验台或振动测量仪测定仪器、机器及其零部件的参数；利用振动原理对回转零部件进行动平衡试验等。 （ 7）其它用途 利用振动可以加快铸件或焊接构件内部形变晶粒重新排列的过程，缩短消除内应力的时间等。 可以预料，振动机械的用途将会不断扩大，其规格和品种将会日益增多。他们在我国实现四个
8、现代化的 过程中将会发挥更大的作用。 三、振动机械的分类 对振动机械的分类的目的是：按照振动机械的类型，分别对它们进行研究，找出它们的共性与特性，便于了解与掌握各种振动机械的特点，以使它们得到更合理的使用。振动机械可以按照它们的用途、结构特点以及动力学特性进行分类。 1.按用途分类 表 1.1 振动机械按用途分类 类别 用途 机器名称 输送给料器 物料输送、给料、预防料仓起拱、作闸门用 振动给料机；水平振动输送机；振动料斗；垂直振动输送机；仓壁振动器 选分冷却 筛分、选别、脱水、 振动筛；共 振筛；弹簧摇床；惯性4 类 冷却、干燥 四轴摇床；振动离心摇床；重介质振动溜槽；振动离心脱水机；槽式振
9、动冷却机；塔式振动冷却机；振动干燥机 研磨清理类 粉磨、光饰、落砂、清理、除灰 振动球磨机；振动光饰机；振动落砂机；振动除灰机；矿车清底用振动器 成型紧实类 成型、紧实 石墨电极振动成型机；耐火砖振动成型机；混凝土预制件振动成型机；振动造型机 振捣打拔类 夯土、振捣、压路、沉拔桩、挖掘、装载、凿岩 振动夯土机；插入式振捣器；附着式振捣器；振动压路机；振动沉拔桩机；电铲振动斗齿 ；振动装载机；风动或液压冲击器 试验测试类 测试、试验 试验用激振器；振动试验台；动平衡试验机；振动测试仪器 其它 振动时效等 振动时效用振动台 2.按驱动装置（激振器）的形式分类 （ 1）惯性式振动机（图 1.1）。目
10、前惯性式振动机在工业部门中得到了广泛的应用。例如，惯性振动筛、振动球磨机、振动落砂机、振动成型机和振捣器等。 图 1.1 惯性式振动机 a ）惯性振动机简图 b ）惯性激振器 1 激振器 2 工作机体 3 弹性元件 4 偏心块 5 主轴 6 轴承和轴承座 5 （ 2） 弹性连杆式振动机（图 1.2）。弹性连杆式振动机构通常用于工业中的该类振动机有弹性连杆式振动输送机、振动冷却机和重介质振动溜槽等。弹性连杆式振动机构通常用于长度较大的振动机中。 图 1.2 弹性连杆式振动机 1 工作机体 2-连杆弹簧 3 弹性元件 4 连杆 5 偏心轴 （ 3）电磁式振动机（图 1.3）。目前用于工业中的该类振
11、动机有电磁振动给料机、电磁振动输送机、电磁振动筛和电磁振动试验台等。 图 1.3 电磁式振动机 a）外形图 b）电磁激振器 1-激振器 2 工作机 体 3 弹性元件 4 板弹簧 5 联接叉 6 线圈 7 铁心 8 衔铁 3.按动力学特性分类 表 1.2 是按照动力学特性对振动机械进行分类。分为线性非共振类振动机、线性近共振类振动机、非线性振动机、冲击式振动机。 6 表 1.2 振动机械按动力学特性分类表 振动机类型 动力学状态的特点 常用激振器的形式 振动机名称 线性非共振类振动机 线性或近似于线性非共振（ 0 ） 惯性激振器、风动式激振器、液压式激振器等 单轴或双轴惯性振动；自同步概率筛；自
12、同步振 动给料机；双轴振动输送机；双轴振动落砂机；单轴振动球磨机；惯性式振动光饰机惯性振动成型机；插入式振捣器；振动压路机；惯性式振动试验台；惯性振动冷却机； 线性近共振类振动机 线性或近似于线性近共振（ 0 ） 惯性激振器、弹性连杆式激振器、电磁激振器等 电磁振动给料机；惯性式近共振给料机；电磁式螺旋振动上料机；槽式近共振冷却机；线性共振筛；振动炉排弹性连杆式、惯性式及电磁式近共振输送机；线性振动离心脱水机； 非线性振动机 非线性、非 共振（ 0 ），或近共振（ 0 ） 惯性激振器、弹性连杆式激振器、电磁激振器等 非线性振动给料机；振动离心摇床；附着式振捣器；振动沉拔桩机；7 非线性振动离心
13、脱水机；非线性振动输送机；弹簧摇床；非线性共振筛 ； 冲击式振动机 非线性、非共振（ 0 ），或近共振（ 0 ） 惯性激振器、电磁激振器、风动式激振器或液压式激振器等 蛙式振动夯 土机；振动钻探机；振动锻锤叫；冲击式振动落砂机；冲击式振动造型机；风动式冲击器；振动夯土机（抛离式）；液压式冲击器； 四、电磁式振动给料器的结构与工作原理 电磁振动送料器结构，如图 1.9 所示 。它 主要由料盘 、 电磁铁 、 主振弹簧片 、 底座和橡胶底脚等组成 。 图 1.9 电磁振动送料器示意图 1.料盘 2.主振弹簧片 3.电磁铁 4.底座 5.底脚 其工作原理为：物件从顶部喂料装置进入料盘，当电源接通，激
14、振电磁铁产生吸力，在电磁吸力作用下，料盘偏离静平衡位置向下移动，并且迫使主振弹簧片产生弹性变形，同 时料盘绕中心轴线作同步扭转 。 当电磁吸力消失时，由于主振弹簧片已储存了足够的弹性变形能，迫使料盘急剧改变运动方向，并且超越原来的静平衡位置达到某一上限 。如此上下循环往复，形成高频微幅振动，同时促使料盘内被供送物件沿着螺旋滑道的内8 壁面作快速平稳的相对运动，物件得以沿着周边螺旋滑道进行自动定向排列，最后逐个由排料口排出 。 五、电磁式振动料斗的结构与工作原理 （ 1）电磁式振动料斗的结构 振动料斗是一种应用最为广泛的连续送料装置 ,如图 1 5 所示： 图 1 7 振动料斗结构示意图 1 料
15、盘 2 弹簧 3 电磁振动器 4 底盘 5 减振底脚 该振动料斗由具有螺旋料槽的料盘 ,支承弹簧 ,电磁振动器 ,底座及减振底脚等基本构件组成。当电磁铁线圈中通入交变电流后 ,料盘被带动 ,作小振幅高频率的上下往复振动 ,并通过倾斜安装的支承弹簧同时产生微振幅往返扭振。工件在惯性力、重力和摩擦力的综合作用下 ,沿料盘内壁的螺旋槽向上移动 ,并在上移过程中通过定向机构自动定向 ,然后由料盘上部出口处进入输料槽 ,送往加工位置。通过改变电磁铁线圈的输入电压 ,可以调整料盘的振幅 ,进而调整料斗的送料率 5。上述电磁铁驱动方式是最常见、最基本的一种驱动方式。 如图 1.7所示为一个在垂直方向吸引的电
16、磁铁的振动式料斗。圆形料斗由内壁上带螺旋送料轨道的料盘和底部是锥形的料斗底组成。料斗底采用锥形结构使工件向外周方向运动 ,有利于走上螺旋轨道。料斗的底部用联接块与三根板簧呈倾斜安装 ,它们沿长度方向的中线在水平面上的投影正好与半径为 r 的圆相切 (如图 1 中 A 向 ) 。板簧的下端用联接块固定在底盘上 ,衔铁固定在料斗底底部中央。铁芯和线圈通过支承盘安装在底盘上 ,整个料斗通过下支承盘与圆盘支座安装到机床上。在底盘和下支承之间装 有三个9 螺旋弹簧 ,主要起隔振作用。 图 1.8 一种常用的振动式料斗 1 料盘 2 料斗底 3 联接块 4 板簧 5 联接块 6 底盘 7 导向杆 8 螺旋
17、弹簧 9 下支承盘 10 圆盘 11 支座 12 上支承盘 13 调节螺钉 14 线圈 15 衔铁 16 输料槽 （ 2）电磁式振动料斗的工作原理 为了便于分析 ,将升角为 a 的圆筒形螺旋料槽展开成倾角为 a 的斜面料槽 ,如图 1 8所示。料槽由固定在底座上的板弹簧支承 ,电磁振动器的铁心和线圈固定在底座上 ,衔铁固定在料槽底部。当工频交流电或经半波整流的脉动电流通入线圈后 ,在电流从零升到最大的 1/ 4 周期内 ,电磁引力逐渐增大 ,料槽被吸引向左下方运动；而当电流从最大逐渐降到零时 ,料槽在支承弹簧的作用下向右上方返回 ,由此不断产生往返振动。位于料槽上的工件在惯性力、重力和摩擦力的
18、综合作用下便产生自左向右的上升运动。图中 , 称为振动升角， 称为弹簧角。 10 图 1 8 振动料斗工作原理图 1.料槽 2.工件 3.板弹簧 4.衔铁 5.线圈 6.底座 工件在料槽上的基本运动形式有 3 种 :向上滑移、向下滑移和腾空跳跃。料槽的振幅与工件的运动状态密切相关。若令 maxA 表示料槽在工件移动方向上的最大振幅 ,则maxA 大于某一值 1A 时 ,工件产生向上移动；当 maxA 大于某一值 2A 时 ,工件产生向下移动；当 maxA 大于某一值 3A 时 ,工件便会产生腾空跳跃。一般说来有如下关系 : 当 321m ax AAAA 时 ,工件与料槽一起来回振动 ,不能相对
19、移动； 当 32m ax1 AAAA 时 ,工件仅作单向向上滑移； 当 3m ax21 AAAA 时 ,工件出现向后滑移； 当 m ax321 AAAA 时 ,工件 出现腾空跳跃。 在实际生产中 ,一般是通过调节电磁铁的供给电压来改变料斗的振幅 ,从而使料斗以较高的送料率平稳送料。 给料器工作方式有滑移给料和抛掷给料两种。振幅大小不仅影响给料速度 ,而且还影响给料方式 ,为了使物料在输送过程中不产生相互撞击 , 避免损坏物料 ,故采用滑移方式给料。 工件在料槽上连续滑移有两种情况： 1.当料斗在电磁力的作用下向右下方运动时， 这时 A 大于临界值 1A ，才能使物料在惯性力 )sin(12 tAm 的作用下产生滑移，所以要使物料产生滑移， A 不能小于临界值1A ， 该临界值可通过以下方法求得。 在滑移开始的瞬时， 0.x ， 0.y ，由（ 3）（ 4）式得
