1、 摘 要 水平振动 输送 机是一种实现水平振动 输送 的惯性振动机械，在建材、化工、煤炭等行业均有广泛应用。在钢铁企业中，利用惯性振动 输送 机为电弧炉输送物料。本 次毕业设计 就是根据炼钢企业改造电弧炉后所使用的一种新的工艺而提出的。对于现有的电弧炉，加料时必须首先打开电弧炉盖，添加钢料后再将电弧炉盖合上。这种进料方式灰尘大，工人的作业环境差 ， 而且不能实现连续输送与冶炼。针对这些缺点，意大利德兴公司构想在电弧炉的侧壁上建个孔，利用惯性振动给料机将钢料直接送入炉内， 在这过程中 ，同时电弧炉产生的高温烟气进入到给料机封闭的料槽内，可将钢料预热 ， 从而设计出了一种新型的电弧炉 废钢预热水平
2、输送 系统。这样就省略了电弧炉的开合动作，节省了人力，改善了工作环境 。 本 说明书 主要针对 该废钢预热系统的水平振动 输送机进行研究设计 ， 本文主要工作包含以下内容： （ 1） 水平振动输送机 的原理分析 ， 确定输送机方案，绘制输送机原理图； （ 2） 水平振动输送机的动力学分析 ，并利用 运动学仿真软件 MATLAB 进行 动力学响应分析； （ 3） 确定 水平振动输送机的主要结构参数， 包括激振器、悬挂系统 、 小车 等结构 ， 最终 完成 输送机总装图 与主要零部件工程图 。 关键词： 水平振动 输送机 ；惯性激振器；四轴；数值计算 Abstract The conveyor w
3、ith horizontal vibration is a kind of inertial vibrating machine which could realize level vibrates to feed material, and is widely used in building materials, chemical, coal and other industries. In the iron and steel enterprise, the conveyor with horizontal vibration was used to conveying material
4、 for electric arc furnace. This graduation design is according to the new process and proposes which was used after reforming electric arc furnace in steelmaking enterprise. For the existing electric arc furnace, the feeding must open the cover of electric arc furnace firstly; after adding steel mat
5、erial the arc furnace cover was closed together. The way of this incoming material follows a large of dust; and the workers work environment is poor. According to these shortcomings, the company of italy dexing conceives to built a hole on the side of electric arc furnace. By using the inertial vibr
6、ating feeder, the steel materials will be sent into the charging directly, and a new type of electric arc furnace smelting system-Consteel system is designed. This way could omitted electric arc furnaces opening time of action, save the manpower, improve the working environment; At the same time, th
7、e high temperature flue gas which was produced by the electric arc furnace goes into the feeders closed material groove, and preheats steel material. This manual mainly for the scrap preheating system level design vibrating conveyor research, this article contains the following main tasks: (1) The l
8、evel of vibration conveyor principle analysis to determine the conveyor solutions, conveyor schematic drawing; (2) The level of vibration conveyor analysis, and the use of kinematics simulation software MATLAB for dynamic response analysis; (3) Identify key structural parameters of horizontal vibrat
9、ion conveyor, including shaker, suspension systems, car and other structures, the final completion of the conveyor assembly diagram with the main components of the drawing. Key words: Horizontal vibrating conveyor; inertial shakers; numerical calculation; four axises 目 录 1.绪 论 . 4 1.1 振动机械的简介 . 4 1.
10、1.1 振动机械的组成 . 4 1.1.2 振动机械的分类 . 5 1.1.3 振动机械的应用 . 6 1.2 水平振动输送机简介 . 7 1.3 选题的背景及意义 . 8 1.3.1 振动利用工程 . 8 1.3.2 本课题的研究目的和意义 . 8 1.4 水平振动输送机原理分析 . 9 1.5 本章小结 . 11 2.动力学分析 . 12 2.1 料槽的运动机理分析 . 12 2.2 影响振幅的相关参数分析 . 13 2.2.1 频率比的影响 . 13 2.2.2 振幅比的影响 . 14 2.2.3 初相位角的影响 . 14 2.2.4 角速度的影响 . 15 2.3 最优参数下的运动学仿
11、真 . 17 2.4 本章小结 . 17 3.惯性激振器的设计 . 18 3.1 电动机的选择 . 18 3.2 偏心块 . 18 3.3 带传动的设计 . 18 3.3.1 已知条件和设计内容 . 18 3.3.2 设计步骤及方法 . 19 3.3 轴的设计 . 23 3.3.1主动低速轴的设计 . 23 3.3.2从动低速轴的设计 . 25 3.3.3高速轴的设计 . 25 3.4 齿轮的设计 . 27 3.4.1 已知条件和设计内容 . 27 3.4.2 齿轮设计 . 28 3.5 其余附件设计 . 30 3.5.1 振动框架 . 30 3.5.2 电机架 . 30 3.5.3 加固板设
12、计 . 31 3.6 本章小结 . 31 4.悬挂系统 . 32 4.1 悬挂基座 . 32 4.2 悬挂螺杆组 . 32 4.3 支撑小轮 . 33 5 小车系统 . 33 5.1 车架 . 34 5.2 车轮 . 34 6 总结与展望 . 34 6.1 工作总结 . 34 6.2 工作展望 . 35 致 谢 . 35 参考文献 . 36 附 录 . 38 1.绪 论 1.1 振动机械的简介 1.1.1 振动机械的组成 振动机械是根据振动的原理来实现各类加工作业的一种机械设备，在 20 世纪后半叶，振动机械得到了飞速迅猛的发展。如振动输送机、振动给料机、振动落砂机、振动破碎机、振动筛分机等均
13、已广泛的应用于各行各业的实际生产中，在各工种的工序上发挥着重要作用。 振动机械主要可以分为三个组成部分 ： (1)激振器 激振器是振动机械的动力源，它利用偏心块或者偏心轴的旋转来产生激振力，使振动载体获得一定形式和大小的周期性变化，从而使振动载体持续振动，实现物件或者物料的筛分、输送、成型、密实和土壤、砂石等的捣固等各种工作。常见的激振器有气动式、液压式、惯性式、凸轮式、电磁式、弹性连杆式激振器等。激振器能够产生各式各样的激振力，简谐的或者非简谐的、多项的或者单项的。 (2)振动载体或工作机体 振动载体在激振力的作用下做周期性振动，从而完成预定的工作过程。如筛箱、槽、台面、平衡架体等都是振动载
14、体。 (3)弹性元件或弹簧 有隔振弹簧、主振弹簧、连杆弹簧三种。 1） 隔振弹簧支撑着振动载体，使振动载体实现所预想的振动，同时，隔振弹簧还能够减小传给结构架或基础的动载荷。 2） 主振弹簧也叫做共振弹簧或者蓄能弹簧。 3） 连杆弹簧用于传递振动机械中的激振力等。实际中，一些振动机械中并没有弹性元件。 1.1.2 振动机械的分类 分析振动机械，找出它们的共同特点与特性，对它们进行分类，以使振动机械得到更好更合理的应用。振动机械的分类如图 1.1 所示。 图 1.1 振动机械的分类 这里只对惯性式振动机械做简单介绍，惯性振动机械是利用偏心块旋转产生的激振力工作的振动机械。惯性振动机械主要由 六
15、部分组成，如图 1.2 所示。 图 1.2 惯性式振动机 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 惯性振动机械由惯性激振器驱动，偏心块回转产生周期的离心惯性力，从而带动工作机体周期性振动。偏心块的质量和偏心距决定了振动机体的振幅，偏心块的转速为振动机体的工作频率，改变传动机构的传动比或者改变电动机的转速，就可以改变振动机体的工作频率。 惯性振动机械包含下面几个特点： (1)偏心块对振动载体具有附加质量。 (2)机械的工作频率远大于系统的自然频率。 (3)振动机体的惯性力与偏心块产生的离心力可以相互平衡。 (4)依据工艺的不同需求来调整振动机体的
16、频率和振幅。 1.1.3 振动机械的应用 近些年来，社会发展迅速，振动机械的技术也得到了很大的提高，在现代工业生产中得到了广泛的应用。与其他形式的机械对照，振动机械具有较为明显的优点：结构简单、重量轻、易制造、消耗金属量较少、低成本。低能耗、易安装、易维修等。振动机械的应用主要有以下七个方面。 (1)物料输送 振动机械运转时，可以使振动料槽或管体内的物料在预期的方向上进行抛掷或者滑行运动，以达到物料输送的要求。利用管体输送有毒或有害的物料，可以避免工人的健康受到伤害，为生产制造提供了良好的环境；同时，便于输送高温度的物料。 (2)物料的选别、冷却、脱水、筛分和干燥 振动机械运转时，振动作用促使
17、物料匀称、松散的分布，此时，物料所受的作用力有：重力、惯性力、摩擦力以及冲击力等，故该类机械能有效的实现物料在输送过程中的选别、冷却、脱水、筛分和干燥等工作。 (3)物件的清理、无聊的粉磨及工件的光饰 振动机械的振动加剧了研磨介质与物料（或物件）之间的相互撞击和摩擦，从而有效的实现物料的清理、粉磨以及工件的光饰。 (4)松散物料成型和紧实 振动机械中的物料容易成型和紧实，这是因为振动机械运转时，产生的振动大大降低了物料的内摩擦系数，增加了它的 “ 流动性 ” 。 (5)砂石或土壤的振捣、夯实和沉拔桩等 振动机械 运转时，砂石、土壤和其他混合物之间的内摩擦力降低，从而使土壤对管、桩的阻力也减小，
18、因而有效地完成了砂石或土壤的振捣、夯实和沉拔桩等工作，并且使工人的体力劳动也大大减轻。 (6)机器、仪器及零部件测试 利用 激振器可以对物件进行振动试验；利用振动试验台或者振动测量仪可以测定机器、仪器以及零部件的相关参数；利用振动原理可以测试回转物件的动平衡。 (7)其他用途 此外，振动机械的振动还可以加快焊接构件和铸件的内部形变晶体重新排列， 缩短消除内应力的时间等。由此可见，振动机械用途十分广泛，其种类将会不断增多，在以后的生产实际中将会发挥更大、更加有效的作用。 1.2 水平振动输送机 简介 振动输送是使物料在工作机体内作滑行或抛掷运动 ， 达到输送或边输 送 边加工的目的 。振动输送主
19、要用于输送块状 粒状或粉状物料 。 振动输送按驱动形式可分为 ： 1） 弹 性连杆式振动输送机 ， 有弹性连杆驱动 ； 2） 电磁振动输送机 ； 3） 惯性式振动输送机 。 惯性式振动输送机由惯性激振器激振 。 目前普遍使用的主要有单轴惯性激振器和双轴惯性激振器 。 单轴惯性激振器是利用一个带偏心块的轴使输送框架振动 ， 其运动轨迹一般为圆形或椭圆形 。 双轴惯性激振器是靠两根带偏心块的主轴作同步反向旋转而产生单向激振力 ， 其运动轨迹为直线 。 在惯性激振器中 ， 物料的运动状态既有滑行运动又有抛掷运动 ，以抛掷运动为主 。 1.3 选题 的背景及意 义 1.3.1振动 利用工程 振动与波是
20、 20 世纪后半期发展起来的一种具有广泛应用价值的科学技术，目前还正处在迅速发展过程中，由于该种技术与工农业生产联系十分密切，能创造巨大的经济效益与社会效益，并能为人类生活提供良好的服务，现今已成为工农业生产与人民日常生活必要的机制。 由于“振动利用工程”牵涉面很广，涉及的领域及其相关的学科较多，应用范围及其分布十分零散。因此，给它的系统和深入的研究带来较大难度，这也可能是目前其他国家未能对这一学科进行系统研究与总结的主要原因。中国首先提出了“振动利用工程”学科的新概念，并进行了综合与总结 。 通过对 “振动利用工程”的研究，将该学科划分为：线性与近似于线性振动的利用、非线性振动的利用、波及波
21、能的利用、电磁振荡原理的应用，以及振动与波在生物工程和社会经济领域及气象学中的利用等，为“振动利用工程”学科构建起了理论框架。 图 1.3 线 性与非线性振动与波的应用领域 1.3.2 本课题 的研究目的和意义 本课题是针对钢厂电炉改造的一种新工艺提出的。现有的电炉加料系统首先把电炉盖打开 加入原料再把炉盖合上 ， 采用这种新工艺 ， 在电炉的侧壁上开孔 ， 通过振动输送机把原料直接送入炉体 ， 省去了电炉盖打开 、 关闭的操作 ， 不但节省了时间 ， 提高了效率 ， 而且使冶炼可以连续进行 ， 也便于对整个冶炼过程进行自动控制 。 传统的振动输送设备主要输送粒状 、 粉状 、块度比较小的物料
22、 ， 主要采用抛掷运动为主来输送物料 。 物料时而与槽底接触 ， 时而与槽底脱离 ， 即物料时而被槽体向前上方抛起 ， 作抛物线运动 ， 时而又落回槽底 ， 物料每次被抛起之后都向前运动一个微小距离 ， 从而实现物料的连续输送 。 由于电炉冶炼的原料大部分是废钢 、 生铁等 ， 块度大 、 质量大 ， 采用抛掷运动产生的冲击载荷将会非常大 ， 对结构强度 、 刚度 、 驱动功率等要求非常高 ， 因此传统的单轴或双轴惯性激振系统不宜继续采用 。 四轴惯性激 振系统采用完全的滑行运动 ， 物料始终保持与槽底相接触 ， 在槽体的每一个振动周期中 ， 物料沿槽体向前滑动一个微小距离 。 因此在槽体以一
23、定频率连续振动的情况下 ， 可以将物料连续的从槽体中输送出去 。 四轴惯性激振系统的振动输送机 ， 目前国内只有在几个大钢厂有引进国外的设备采用 ， 但是没有相关的设计资料 ， 也没有厂家进行过设计 、 开发工作 ， 因此对这种输送设备的研究具有很大的理论价值由于国内大部分钢厂的电炉都采用传统的工艺进行生产 ， 采用新工艺 引进这种输送设备的厂家不多 ， 因此对此进行开发 、 研究具有广泛的实际应用的价值。 1.4 水平 振动输送机原理分析 当代社会工业生产水平发展迅速，如何尽可能的提高生产效率已成为普遍受关注的问题。惯性水平振动给料机是基于物料滑移理论的用来进行物料输送的振动机械。物料在滑移
24、运动过程中始终与工作面保持接触，其工作噪声低，并且不易产生冲击。 惯性水平振动给料机开始工作时，四轴激振器运转，产生一个水平离心力，从而带动整个给料机的工作。其主要组成包括：机体、料槽、四轴激振器、悬挂装置（如图所示）。四轴激振器的主轴两两等速，并且回转方向相反，其中一对为高速轴，一对为低速轴，主轴运转时，激振器竖直方向的力相消，水平 方向的力叠加，从而产生一个水平方向的激振力，带动给料机在水平方向产生振动。惯性水平振动给料机在运转时，物料与料槽一直处于接触状态，故物料实行完全的滑行运动。当料槽和物料的加速度不同时，物料与料槽之间就会产生相对的滑行运动（正向滑动，反向滑动）。惯性水平振动给料机
25、振动一个周期，物料沿料槽向前滑动一定的距离，故当料槽持续振动时，物料将依次被输送出去。 图 2.1 惯性水平振动给料机输送物料示意图 如图 2.1 所示为在炼钢企业中，用惯性水平振动给料机为电弧炉输送物料的示意图，一对等速反向的低速轴通过一对大 齿轮啮合实现，每一个大齿轮分别与一个小齿轮相啮合实现等速反向的高速轴，大齿轮和小齿轮的转动方向相反。其输送物料的过程如下：物料由落料竖井落入振动给料机的料槽中，料槽与激振器固连在一起，激振器运转时，产生的激振力带动料槽一起振动，从而使物料向着电弧炉方向运动，终落入电弧炉内，完成物料输送的过程。 水平振动式输送机由电机通过带传动带动四轴惯性激振器 。 激
26、振器 工作时 ，相互啮合的齿轮带动大小不同的两组偏心块转动，在竖直方向上，各偏心块所产生的激振力相互抵消，合激振力为零；在水平方向 上 ， 由于 两组偏心块大小与偏心距不同， 因而会 产生一种 具有 特殊形式的激振力 ， 使振动 机体 实现水平方向的 慢进快退 的 振动 形 式 ， 从而 其框 架上的物料随着料槽的振动逐渐向前 滑 动 。 四轴惯性激振系统采用完全的滑行运动 ， 物料始终保持与槽底接触 ， 在槽体的每一个振动周期中 ， 物料能够沿槽体向前滑动一个微小距离 。 因此 ， 槽体按一定频率周期性连续振动时 ， 物料将从槽体中依此输送出去 。 为了 能形象的描述该振动输送机模型， 建立 如图 1所示 的简化模型 。 该模型 由 以下几部分构成： 1） 四轴 激振系统 ， 产生 特殊形式 的激振力 ； 2） 输送 料槽，承载物料并输送物料 ； 3） 悬挂系统， 支撑振动机体，提供 一个 二自由度的振动平面 ； 4） 小车 ，支撑整个输送机系统 ， 便于维护 时 的移动；
