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徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)
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58
摘要
振動機(jī)械廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)部門中，特別是礦山工業(yè)中，物料的給料、輸送、篩分、脫水、脫介和破碎、磨碎等作業(yè)，都可使用振動機(jī)械。振動給料機(jī)在生產(chǎn)流程中，可把塊狀、顆粒狀物料從貯料倉中均勻、連續(xù)地給到受料設(shè)備中去。適用于自動配料,定量包裝和自動控制.它主要由兩大部分組成:槽體和激振器.本設(shè)計中,激振器采用的是雙電機(jī)式激振器,以電機(jī)作為激振源,提供振動所需的激振力. 這就保證了噪聲低,耗電小,調(diào)節(jié)性能好,無沖料現(xiàn)象.為防止振動力過大,破壞地基,需要用橡膠彈簧作為減振系統(tǒng).通過選擇合適的變頻器來使給料機(jī)的固有頻率與激振頻率靠近,以實(shí)現(xiàn)雙質(zhì)體共振.本設(shè)計整體實(shí)現(xiàn)了給料機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行可靠,調(diào)節(jié)安裝方便,重量輕,體積小等特點(diǎn). 振動給料機(jī)的發(fā)展和提高在礦山采掘和生產(chǎn)加工工業(yè)發(fā)展中占有很重要的地位,新技術(shù)新產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用,是一項非常重要的任務(wù).
關(guān)鍵詞 振動給料機(jī)； 設(shè)計
Abstract
Vibration machinery has been widely used in various industrial sectors, especially in the mining industry, materials feeding, transmission, screening, dehydration and broken, grinding and other operations, they all can use the vibration machine. Mechanical vibration feeder can give massive, granular material from the storage silos in uniform into the material equipment in the production process. It applies to the automatic ingredients, packaging and quantitative control. It is mainly composed of two major parts: Slot and Vibrator . The design of the exciter is a double-vibration motor and the electrical excitation as a source of vibration provides the necessary exciting force. This ensures low noise, small power consumption, perfect condition and no-expected phenomenon. In order to prevent excessive vibration from destructing the foundation, it needs using rubber as a spring damping system. By selecting the appropriate frequency converter to make the feeder similar to the natural frequency of vibration frequencies .It can achieves the quality of dual-resonance. The simple overall structure, reliable operation, regulation of easy installation, light weight, small size and other characteristics can achieve. The enhance and development in the mining and manufacturing industrial development play important roles ,the development and applications of new products and new technology are very important tasks.
Key words Mechanical Vibration Feeder Design
目 錄
1 緒論 1
1.1我國振動給料設(shè)備的發(fā)展沿革 1
2 給料機(jī)的工作原理 4
3 承載構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 6
3.1承載構(gòu)件的型式 6
3.2承載構(gòu)件的剛度 6
3.3槽體主要尺寸的確定 7
3.4振動篩板的結(jié)構(gòu)設(shè)計 8
4 工藝參數(shù)的選擇 10
4.1 給料機(jī)的長度及寬度 10
4.2 振幅和頻率 10
4.3 振動電機(jī)激振力計算 11
4.4 物料的平均速度 12
4.5 給料機(jī)生產(chǎn)能力 12
4.6 應(yīng)用及改進(jìn) 12
5 振動分析 14
5.1 振動電機(jī)的振動給料機(jī)動力學(xué)分析 14
5.2 力學(xué)模型分析 15
5.3 考慮存在阻尼時的振動的分析 17
5.4 固有頻率與激振頻率 19
6 振動給料機(jī)電機(jī)功率的計算 20
6.1振動給料機(jī)及振動篩啟動過程分析 20
6.2電機(jī)功率的計算 22
7 強(qiáng)度校核 23
7.1 焊接校核 23
7.1.1 焊接介紹 23
7.1.2 焊接的質(zhì)量檢查 23
7.1.3 靜載荷作用下焊接的計算 23
7.1.4 交變載荷作用下的強(qiáng)度計算 24
7.2 橡膠彈簧 25
7.2.1 橡膠彈簧特性 25
8 變頻器的調(diào)速方式及合理選擇 26
8. 1 引言 26
8.2 變頻調(diào)速方式的確定 26
8.3 控制方式的選擇 28
8.4 變頻器的分類 29
8.5 變頻器的選擇 29
8.5.1選擇變頻器品牌型號 29
8.5.2選擇變頻器規(guī)格 29
8.5.3 選擇的變頻器應(yīng)滿足的條件 30
8.6 變頻調(diào)速原理 30
8.6.1 變頻器的基本結(jié)構(gòu) 30
8.6.2變頻器的控制電路 30
8.6.3 變頻調(diào)速的基本原理 31
8.6.4 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn) 33
9 系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)現(xiàn) 34
9.1 可編程控制器概述 34
9.1.1 PLC簡介 34
9.2 主要特點(diǎn) 36
9.3 PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 37
9.4 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) 37
9.4.1 容量選擇及定方法振幅 37
9.4.2變頻器控制電氣原理 38
結(jié)論 41
致謝 42
參考文獻(xiàn) 43
附錄 44
1 緒論
1.1 我國振動給料設(shè)備的發(fā)展沿革
20世紀(jì)50年代初，礦井用給料設(shè)備主要依賴機(jī)械式往復(fù)給料機(jī)。該機(jī)型結(jié)構(gòu)簡單，動力消耗較大，設(shè)備笨重。其原理是：由連桿及偏心軸傳動，往復(fù)作業(yè)，處理量小，成間接堆式不均勻給料。但該機(jī)型維修量小、耐用，布置所需高度低，對物料的粒度組成、外在水分等物理性質(zhì)要求不嚴(yán)。已廣泛用在各類礦井生產(chǎn)中。特別是煤礦井下，直到目前，對其在惡劣條件下的適用性仍給予好評。隨著礦井機(jī)械化程度的提高，對K型往復(fù)式給料機(jī)已作了大量改進(jìn)，由單屈臂改為雙屈臂，給料量已增加到1 000-- 2 000 t / h 。
60年代，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了電磁振動給料機(jī)，并迅速得到廣泛應(yīng)用。原機(jī)械工業(yè)部相繼在東北的遼陽、河南鶴壁和江蘇海安設(shè)立3家定點(diǎn)生產(chǎn)廠。該機(jī)型屬于雙質(zhì)體共振鋼型彈力振動，相對于K型往復(fù)給料機(jī)，其適應(yīng)性更加廣泛。由于結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、可無級調(diào)速以及適用220 -- 380v不同等級電壓與電耗少等特點(diǎn)，從而得到了推廣。然而，由于該機(jī)型存在電磁鐵振動時噪聲大、振頻高(3 000次/min)、振幅小( 1-- 1.5mm)和調(diào)整運(yùn)量的振幅大小取決于E型電磁鐵靜塊與動塊間隙、板彈簧片數(shù)以及聯(lián)接桿螺母松緊程度等原因，如果調(diào)節(jié)不當(dāng)，間隙太大則電流增大(長時間線圈鐵芯會發(fā)熱損壞)，間隙過小造成振幅減少，致使用戶深感生產(chǎn)管理不便。特別是在增加調(diào)速時，因噪聲過大影響職工身心健康。為減少料倉直接作用在給料機(jī)上物料的垂直壓力，配置料斗及導(dǎo)料倉時要有一定的角度和高度;對水分大、結(jié)濕滯性物料，因其頻率高、振幅小出現(xiàn)板結(jié)和不下料現(xiàn)象，使其局限于非防爆場合使用;因電磁鐵怕水、怕潮、振動時會產(chǎn)生火花而導(dǎo)致瓦斯爆炸，對密度較大礦石的給料也不太適合;因振幅小對物料拋浮力小，其給料量也受到限制。
到了70年代末至80年代初，一種單質(zhì)體以振動電機(jī)加偏心塊離心力為振源的給料設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。該機(jī)型簡單明快，自動調(diào)節(jié)同步運(yùn)動，選用4-- 6極電機(jī)、轉(zhuǎn)數(shù)為960--1 450轉(zhuǎn)/min，振幅可達(dá)4 -- 12 mm。但使用中發(fā)現(xiàn)，該機(jī)型有先天缺陷:①振源為特殊電機(jī)。在偏心塊作用下，對電機(jī)軸承的質(zhì)量，密封程度要求過高，且成功保質(zhì)功率為2. 2kW。如需防爆，不但造價高，對其性能，亦非一般生產(chǎn)廠家能保證，而且價格昂貴;②參振電機(jī)在振動槽上采用直接連接方式安裝，軸承除承受正常徑向力外，尚有較大的軸向力，嚴(yán)重影響電機(jī)壽命。在使用率較高的地方，常因軸承游隙過大或缺油造成電機(jī)掃膛而燒壞，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行，頻繁更換會給用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失;③電機(jī)直接參振的槽體，其兩臺電機(jī)開機(jī)需強(qiáng)制同步，會因振動使槽體破裂。在槽體載料過重或出現(xiàn)卡死情況下，電機(jī)強(qiáng)行啟動易造成過流燒壞，剪斷固定電機(jī)螺栓，使電機(jī)掉下傷人。這些先天缺陷使強(qiáng)制同步型給料設(shè)備的應(yīng)用受到很大限制。后來，雖然國內(nèi)生產(chǎn)廠對電機(jī)質(zhì)量不斷改善，但無法改變該機(jī)型先天性的技術(shù)缺陷。
在80年代末90年代初，針對強(qiáng)制同步振動電機(jī)為振源的給料設(shè)備的使用狀況，研制開發(fā)了一種電機(jī)不參振型新型給料設(shè)備。GZ型是參照波蘭設(shè)備研制的單質(zhì)體振動給料機(jī)。該機(jī)以普通電機(jī)為振源，繞性連接槽體下方的激振器。激振器內(nèi)有兩根可調(diào)偏心軸。通過電機(jī)繞性傳動，一對齒輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生激振力。它的出現(xiàn)是強(qiáng)制式電機(jī)振動給料設(shè)備的更新?lián)Q代產(chǎn)品，給料均勻、運(yùn)行可靠、對物料的水分及粒度適用性強(qiáng)。該機(jī)采用前吊后座配置，以不燒電機(jī)著稱。該機(jī)存在的問題是:①現(xiàn)場配置需固定電機(jī)底架，占用一定空間;繞形連接因槽體載重過量卡死后，強(qiáng)行啟動會撕裂;②動態(tài)與靜態(tài)配連安裝時要求上下左右留有一定的活動量，而且因無減振系統(tǒng)，激振力直接傳遞給機(jī)身的地基，其沖擊力及噪聲較大;③激振器重力軸以及齒輪材質(zhì)要求高;要求激振箱注油降溫，密封不嚴(yán)會漏油，造成二次污染，缺油后齒輪發(fā)熱起火，存在不安全隱患。目前，該機(jī)型已發(fā)展成系列產(chǎn)品--GZY,GZM,GZK,在國內(nèi)許多大型礦井及煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)生產(chǎn)線上廣泛運(yùn)用，獲得了良好的社會、經(jīng)濟(jì)效益。
XZG型給料機(jī)是90年代具有先進(jìn)水平的新型給料設(shè)備。由北京有色冶金研究總院、東北工學(xué)院等在吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)而成。92年，在世界第二、亞洲第一的大型銅業(yè)基地---德興銅礦進(jìn)行工業(yè)性調(diào)試，同年12月通過中國有色總公司的技術(shù)鑒定，94年獲國家五部委頒發(fā)的國家級產(chǎn)品證，與國內(nèi)原有設(shè)備相比，XZG型給料機(jī)有顯著優(yōu)點(diǎn)。采用了雙質(zhì)體近共振慣性振動原理。采用橡膠剪切給力，具有設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)緊湊、衡壓平穩(wěn)啟動、不受槽體物料載重和卡死的影響，而且省力、無噪聲、省電、給料量大，可以配置無級變頻器，實(shí)現(xiàn)變頻給料、配料，遠(yuǎn)距離微機(jī)操作控制，常年無需維修，主振剪切膠簧10年無需更換。目前，已在國內(nèi)重大項目工程中廣泛采用，江西德興銅礦、安徽銅陵公司、安慶銅礦、招遠(yuǎn)金礦、上海寶鋼、三峽工程、神華大柳塔洗煤廠、榆家梁、孫家溝、充州濟(jì)寧二號井以及各大礦務(wù)局等。它采用懸掛、座式等配置，便于工藝布置及空間利用。該機(jī)型由槽體、激振部兩大部分組成，主振部分是激振部。一臺振動電機(jī)，水平裝置在平衡體后立板上，剪切橡膠彈簧上下單排或雙排布置。由下壓板通過螺栓連接在平衡體上，再由左右側(cè)板與槽體連接。原理是，振動電機(jī)偏心作用力通過上下固定在平衡體與壓板上的剪切膠塊把力剪切傳遞到槽體，實(shí)現(xiàn)均勻給料。振頻960次/ min，振幅可達(dá)2-- 12 mm。在十多年的推廣應(yīng)用中，得到廣大用戶的一致好評，正在日益發(fā)揮作用。被公認(rèn)為是目前最先進(jìn)的產(chǎn)品之一。但是，以雙質(zhì)體理論設(shè)計配置，整機(jī)質(zhì)量較其它產(chǎn)品大，制造費(fèi)用較貴。特別是防爆型給料機(jī)，因防爆振動電機(jī)價格較高，在推廣中遇到了廉價給料機(jī)的挑戰(zhàn)。但有遠(yuǎn)識的企業(yè)家、工程技術(shù)人員還是看重了其可靠性和先進(jìn)性，正在不斷占領(lǐng)各個行業(yè)的給料機(jī)市場。
我們從以上各類給料機(jī)的發(fā)展歷程可以看出，我國振動給料機(jī)順應(yīng)國外給料機(jī)發(fā)展模式:①振動給料機(jī)可靠耐用，維護(hù)量少，生產(chǎn)效率高，便于自動化管理;②大型化可提高處理能力，適應(yīng)高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)需要，實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動化控制、動態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù)相結(jié)合;③拓展各機(jī)型的適用范圍，以滿足不同物料運(yùn)輸?shù)男枰?，降低動力消耗和噪聲，更加環(huán)保和人性化設(shè)計。但是，我們不難發(fā)現(xiàn)整個民族工業(yè)發(fā)展息息相關(guān)，我們要倍加呵護(hù)。由于我國各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用還要經(jīng)過一個艱苦的認(rèn)識過程，傳統(tǒng)觀念的封閉與經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的財力都會影響我國振動給料設(shè)備的發(fā)展。因此，要想使我國的給料設(shè)備趕超世界水平，還有待各方面的共同努力。
直線振動篩與下面我所介紹的振動給料機(jī)的工作原理有異曲同工之妙，我們不妨先看看直線篩的工作原理圖：ZXS系列直線振動篩利用振動電機(jī)激振作為振動源，使物料在篩網(wǎng)上被拋起，同時向前作直線運(yùn)動，物料從給料機(jī)均勻地進(jìn)入篩分機(jī)的進(jìn)料口，通過多層篩網(wǎng)產(chǎn)生數(shù)種規(guī)格的篩上物、篩下物、分別從各自的出口排出。具有耗能低、產(chǎn)量高、結(jié)構(gòu)簡單、易維修、全封閉結(jié)構(gòu)，無粉塵溢散，自動排料，更適合于流水線作業(yè)。
圖1-1直線振動篩的工作動態(tài)效果圖及其平面圖
2 給料機(jī)的工作原理
振動給料機(jī)又稱為振動喂料機(jī)。振動給料機(jī)在生產(chǎn)流程中，可把塊狀、顆粒狀物料從貯料倉中均勻、連續(xù)、定時地給到受料裝置中去，在砂石生產(chǎn)線中可為破碎機(jī)械連續(xù)均勻地喂料，并對物料進(jìn)行粗篩分，廣泛用于冶金、煤礦、選礦、建材、化工、磨料等行業(yè)的破碎、篩分聯(lián)合設(shè)備中。
電機(jī)振動給料機(jī)是利用兩臺偏心振動電機(jī)的同步原理，產(chǎn)生合力，通過周期振動，從而推動給料槽內(nèi)的物料做拋擲或滑行運(yùn)動，用于把塊狀、顆粒狀及粉狀物料從貯料倉或其它貯料設(shè)備中均勻、連續(xù)或定量地給到受料設(shè)備中，適應(yīng)于自動配料、定量包裝和自動控制。它的性能特點(diǎn)是：振動平穩(wěn)、工作可靠、壽命長；可能調(diào)節(jié)激振力，可以隨時改變和控制流量，調(diào)節(jié)方便穩(wěn)定；振動電機(jī)為激振源，噪聲低，耗電小，調(diào)節(jié)性能好，無沖料現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，調(diào)節(jié)安裝方便，重量輕，體積小，維護(hù)保養(yǎng)方便，當(dāng)采用封閉式結(jié)構(gòu)機(jī)身時可防止粉塵污染。ZG型振動給料機(jī)采用的是座式安裝，可直接安裝在基礎(chǔ)上，或鋼結(jié)構(gòu)的底架上。設(shè)備安裝后比較平穩(wěn)，但要求基礎(chǔ)平整。
圖2-1 自同步振動給料機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理
1—槽體 2—激振電機(jī) 3—減振器
從圖中可以看到，振動給料機(jī)的激振器是由一對參數(shù)接近相同的激振電機(jī)組成的，兩臺激振電機(jī)通常平行安裝于槽體的后部兩側(cè)或槽體的下方，并對稱于給料機(jī)的縱向?qū)ΨQ平面。兩臺激振電機(jī)的軸線與槽底平面所夾的角度和所需的振動方向角互為余角。兩臺激振電機(jī)的軸線也可以與槽體的對稱平面相垂直，安裝在給料機(jī)槽體的后部。這時，不應(yīng)破壞整機(jī)關(guān)于槽體縱向?qū)ΨQ平面的對稱性。在這種情況下電機(jī)底座與槽底平面所夾的角度也應(yīng)和所需的振動方向角互為余角。
根據(jù)自同步原理，兩電機(jī)啟動后，將很快就進(jìn)入同步狀態(tài)，即以同一轉(zhuǎn)數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)，兩電機(jī)的偏心塊所產(chǎn)生的慣性力在兩軸心連線上相互抵消，而在與兩軸心連線相垂直的方向上疊加為激振力。這是按規(guī)律變化的，此激振力使振動給料機(jī)獲得輸送物料所必須的振動。
3 承載構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
承載構(gòu)件系指振動給料機(jī)直接承載物料的部件，它是給料機(jī)的重要組成部分，根據(jù)承載構(gòu)件尺寸的大小和被輸送物料的性質(zhì)，一般用2—10mm厚的炭鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼或不銹鋼焊成。本設(shè)計都采用Q235，它是很好的焊接材料。
3.1 承載構(gòu)件的型式
振動給料機(jī)的承載構(gòu)件，根據(jù)具體使用要求通常設(shè)計成槽式和管式。在這里，采用的是通用型式—槽式。槽式多是敞開的，也可以做成密封的，以防止粉塵外溢或環(huán)境污染。
槽體的截面分為矩形的、梯形的和三角形的，槽底有平底和弧形底兩種。
因?yàn)椴垠w直接參與振動，它的質(zhì)量（或重量）大小直接影響到所需要的激振力和消耗功率的大小。承載構(gòu)件愈重則功率消耗愈大，因此承載構(gòu)件重量輕些才好。槽體始終處于較高頻率的振動狀態(tài)下，為了避免在共振時振幅增大而造成構(gòu)件的疲勞斷裂，要求槽體有較高的剛度。為了減小承載質(zhì)量并增加它的剛度，通常在槽體外面焊接加強(qiáng)筋，以增加截面的慣性矩，本設(shè)計中，槽體的設(shè)定長度為1.5米。
3.2 承載構(gòu)件的剛度
為了使承載構(gòu)件在振動條件下經(jīng)久耐用，在槽體設(shè)計時僅僅考慮強(qiáng)度是不夠的，還應(yīng)保證構(gòu)件有足夠的剛度。
（1） 整體剛度
在計算槽體的整體剛度時，可將槽體看成是支承于彈簧上的彈性支承梁。該梁的一階彎曲固有頻率可近似按照下式計算：
式 (3.1)
式中 ——一階彎曲固有頻率，；
——槽體單位長度質(zhì)量，；
——彈性模量，；
——截面慣性矩，；
——槽體的長度，。
為了使槽體有盡可能高的一階固有頻率，可以采取以下措施。盡量減輕槽體重量，使槽體的截面慣性矩大而槽體長度短。
（2） 局部剛度
因?yàn)椴垠w的某一局部剛度不足也會引起局部共振，因此除了上述整體剛度的要求之外，還要求槽體的各個局部也具有足夠的剛度。
對于懸臂筋板的一階彎曲固有頻率可按下式近似計算：
式 (3.2)
式中 ——一階彎曲固有頻率，；
——筋板厚度，；
——筋板高度，；
——材料的彈性模量，；
——筋板材料的密度， 。
各階固有頻率之比為：
3.3 槽體主要尺寸的確定
本設(shè)計中，槽體長度L設(shè)定為1500mm，寬度B為1100mm。振動給料機(jī)中用于配料定量時為保證給料均勻，防止物料自流應(yīng)水平安裝；如進(jìn)行一般物料連續(xù)給料，可下傾10o安裝；對于粘性物料及含水量較大的物料可下傾15o安裝。
推力板（傳動板）是傳遞激振力的重要構(gòu)件，應(yīng)有足夠的剛度。兩推力板之間的距離 ，推力板在激振力作用下不應(yīng)有彈性變形，以保證物料在整個槽寬上的輸送速度一致。
槽幫的高度（或深度）一般不宜太高或太低，推薦為450。
為了使激振力能夠準(zhǔn)確地通過槽體質(zhì)心，使力臂為0，以防止機(jī)體產(chǎn)生搖擺振動，這就牽涉到槽體質(zhì)心的位置計算。應(yīng)該指出，槽內(nèi)帶有物料時的機(jī)體質(zhì)心，也就是指負(fù)載后的槽體質(zhì)心與空載的槽體質(zhì)心是不重合的。在設(shè)計時，激振力作用線必須通過負(fù)載時槽體的質(zhì)心。
槽體的質(zhì)心坐標(biāo)可由下式求出：
式 (3.3)
式中 ——槽體各零件距坐標(biāo)原點(diǎn)O的距離；
——槽體上各零件的重量；
——槽體重心的坐標(biāo)。
3.4 振動篩板的結(jié)構(gòu)設(shè)計
振動篩是利用振動的多孔工作面將顆粒大小不同的混合物料按粒度進(jìn)行分級的機(jī)械，這種分級作業(yè)叫做篩分。篩分工作一般適用于尺寸為1—300mm或更細(xì)物料（達(dá)0.05mm，甚至更?。┑姆旨?。當(dāng)用于分級時，一層篩面可獲得兩種產(chǎn)品；用n層篩面分級可獲得n+1種產(chǎn)品。
根據(jù)篩分任務(wù)的不同，篩分作業(yè)可分為以下幾種：
（1）獨(dú)立篩分。篩分后的產(chǎn)品成為成品的篩分稱為獨(dú)立篩分。
（2）預(yù)備篩分。為下一步加工而進(jìn)行的篩分稱為預(yù)備篩分。在選礦廠中，如采用重力選、電磁選等選礦方法時，要求礦石有一定的粒度范圍，因而，在選別之前，須將礦石分成若干等級，以利于選別作業(yè)有效地進(jìn)行。
（3）輔助篩分。這種篩分作業(yè)是和破碎作業(yè)聯(lián)合在一起的。其目的是當(dāng)?shù)V石進(jìn)入破碎機(jī)之前，將已符合要求的不需要破碎的合格產(chǎn)品篩出；或是對破碎機(jī)破碎后的產(chǎn)品進(jìn)行檢查，篩出過大的不合格產(chǎn)品送回破碎機(jī)中繼續(xù)進(jìn)行破碎。前者稱為預(yù)先篩分，后者稱為檢查篩分，若同時執(zhí)行預(yù)先篩分和檢查篩分的任務(wù)，則稱為預(yù)先檢查篩分。本設(shè)計中，振動篩板實(shí)現(xiàn)的就是輔助篩分。
圖3-1 三種篩分方式示意圖
(a) 預(yù)先篩分 (b)檢查篩分 (c)預(yù)先檢查篩分
（4）其他篩分。如脫水、脫介、脫泥等。
對中等料層厚度采用的是普通篩分法，對物料進(jìn)行篩分。它的特點(diǎn)是：
（1） 料層厚度一般為篩孔尺寸的3—6倍；
（2） 篩面層數(shù)為1—2層；
（3） 物料顆粒的透篩是在篩面連續(xù)振動的情況下按照篩孔的大小進(jìn)行的。
（4） 篩孔尺寸a與篩下物的最大顆粒尺寸d的關(guān)系：圓孔：a=1.3—1.4d,方孔：a=1.1—1.13d,長方形孔：a=0.7—0.8d 。此設(shè)計中采用的是方形孔，沖孔
而成。
篩面是篩機(jī)的主要工作部件。對篩面的基本要求是：有足夠的強(qiáng)度，最大的有效面積，篩孔應(yīng)不易堵塞，在物料運(yùn)動時與篩孔相遇的機(jī)會較多。這是保證篩面有較好的工作可靠性、工作效果和使用壽命的條件。
篩板是一種比較牢固的篩面，主要用于大中塊物料的篩分作業(yè)中。篩孔在25mm以上的大塊分級，應(yīng)當(dāng)采用篩板。這樣篩面的壽命較長，對篩分效果影響不大。其開孔率可用下式計算：
式（3.4）
式中 ——開孔率，%；
——篩孔直徑，mm；
——篩孔間的最短距離，mm。
按照經(jīng)驗(yàn)， 的大小可用公式 確定。
經(jīng)計算，篩板的開孔率為50%。
4 工藝參數(shù)的選擇
4.1 給料機(jī)的長度及寬度
給料機(jī)的長度依照用戶煤倉的尺寸、給料機(jī)的替代及物料的自鎖條件等三方面來確定.本機(jī)長度定為1 500mm，寬度則確定為1 100mm。
4.2 振幅和頻率
為了選擇最佳下列參數(shù).先進(jìn)行物料運(yùn)動分析篩面上有單顆物料W.在振動過程時作用在W上的力。如圖4-1所示：
圖4-1 物料機(jī)上物料受力分析
圖中 ——物料在X方向的慣性力，N;
——作用給物料W的拋射力，N;
F——磨檫力，N;
N——正壓力，N;
G——物料重，N;
G——重力加速度，918cm/。
按照達(dá)輪培爾原理，可建立以下微分方程式：
式 (4.1)
式中 ——給料機(jī)安裝傾角 ；
——給料機(jī)拋射角 ；
——振幅；
——振動電機(jī)角速度 。
物料W可能有3種運(yùn)動狀態(tài)①前滑:它增加給料機(jī)地板摩擦，一般不用；②后滑:無意義；③跳起:給料機(jī)下作需要使物料拋起.其條件為： ，這時N=0,F=0,將（4-1）式除以得：
式 (4.2)
即，當(dāng)為時拋射力為最大，這時令，稱為振動強(qiáng)度，一般K<10， 將代入，則：
令 稱為拋射強(qiáng)度，它決定物料的運(yùn)動速度。時物料就能拋起，但并不是越大越好，值的合理選擇取決于物料拋起后與篩面運(yùn)動軌跡相交的位置。
電機(jī)振動給料機(jī)在選煤廠使用不好的原因主要是由于振幅小(1 mm),頻率高（50HZ）以及通過ZG振動給料機(jī)的給料試驗(yàn).一般單振幅為2mm.頻率25Hz，平均輸送速度儀0.12m/s,據(jù)此選用振幅為6mm，頻率為16Hz。
將振幅0. 6cm，頻率16Hz(n=960)代入:
經(jīng)運(yùn)算結(jié)果，均在允許范圍。
4.3 振動電機(jī)激振力計算
引用按達(dá)倫培爾原理推導(dǎo)出的計算結(jié)果:
式 (4.3)
式中 P——振動電機(jī)激振力，N;
(M+m)——給料機(jī)參振質(zhì)量，經(jīng)計算為438kg;
選用兩臺YZU-8-6A振動電機(jī)其激振力為 。
4.4 物料的平均速度
式 (4.4)
式中 ——傾角對平均速度的修正系數(shù).取1. 2；
——料層厚度對輸送速度的影響系數(shù).取 0. 7；
——物料性質(zhì)對輸送速度的影響系數(shù).取 0. 7；
——滑行性質(zhì)對輸送速度的影響系數(shù).取1；
——物料散密度.。
則 =282.24 mm。
4.5 給料機(jī)生產(chǎn)能力
Q =3600hB ，Vx= 507t/h 式 (4.5)
式中 h——物料厚度.興降莊洗煤廠實(shí)測數(shù)據(jù)為 0. 5m；
B——給料機(jī)寬, B= lm;
V——實(shí)際物料輸送平均速度.即v= 0. 282m/ s。
則 Q=203t/h。
4.6 應(yīng)用及改進(jìn)
ZG型煤用電機(jī)振動給料機(jī)由煤炭部選煤設(shè)計研究院研制，早已通過部級鑒定。該機(jī)適用于水分多、含煤量大、粘度大的洗后精煤、煤泥等給料，也適用于條件類似的物料給料。具有能力大、給料簡單合理、重量輕、電耗少、設(shè)備噪聲不超過環(huán)保要求、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)是一種理想的給料設(shè)備。故鑒定后幾年之內(nèi)就得到廣泛的推廣在邵鄲、鮑店、馬蘭、大同等礦井選煤廠得到應(yīng)用。但該機(jī)的關(guān)鍵部件--振動電機(jī)在我國正處在發(fā)展階段.經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)其使用壽命短。
分析原因大體有以下幾種：
(1)振動電機(jī)外殼多為球墨鑄鐵.故其流動性差.經(jīng)常在電機(jī)腿的跟部出現(xiàn)砂孔等隱患.造成使用過程中斷裂。
(2)振動電機(jī)在振動過程中，不僅有徑向力而且有相當(dāng)大的軸向力，軸承保持架也同樣承受軸向力，因此保持架易磨損，造成振動電機(jī)軸承使用壽命縮短。
改進(jìn)意見:
(1)將振動電機(jī)改為水平安裝，振動電機(jī)軸承在振動過程中不承受軸向力，從而保持架也不承受軸向力，磨損也減少；
(2)經(jīng)計算軸承的壽命短，加大一級軸承自徑提高其使用壽命；
(3)采用鎳鉻合金保持架，提高軸承的強(qiáng)度及耐磨能力；
(4)振動電機(jī)的外殼采用鑄鋼或鋼板卷制，提高振動電機(jī)的耐振性能；
(5)軸承采用瑞典或日本的軸承也可提高振動電機(jī)的壽命。
5 振動分析
5.1 振動電機(jī)的振動給料機(jī)動力學(xué)分析
根據(jù)電機(jī)臥式振動給料機(jī)結(jié)構(gòu)，取給料機(jī)質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平方向?yàn)閤軸，垂直方向?yàn)閥軸，振動電機(jī)產(chǎn)生的激振力：分解分力為：
式中 ——偏心質(zhì)量；
——軸回轉(zhuǎn)角速度；
——偏心塊的偏心距離。
由于振動電機(jī)軸與給料機(jī)質(zhì)心不重合，所以機(jī)體除平面振動外，還存在前后的擺動。用角位移表示機(jī)體繞質(zhì)心的擺動。
根據(jù)牛頓運(yùn)動定律和轉(zhuǎn)動方程，建立系統(tǒng)的振動微分方程式:
式(5.1)
式中 M——振動機(jī)體的質(zhì)量（包括給料機(jī)槽體和振動電機(jī)）。
一般情況下，設(shè)計安裝時保證微分方程式（5.1）簡化為：
式（5.2）
因?yàn)樗椒较蛘穹鵄=mrM；垂直方向振幅B=mr/(M-2k)；擺動振幅=amr/（-2k）,因此系統(tǒng)響應(yīng)為：
式（5.3）
根據(jù)響應(yīng)質(zhì)心和其它兩點(diǎn)運(yùn)動軌跡如圖5-1所示：
圖5-1單電機(jī)臥式質(zhì)心和兩點(diǎn)運(yùn)動軌跡圖
從圖5-1曲線可看出：由于系統(tǒng)在過共振區(qū)工作2kM,所以,質(zhì)心軌跡為圓運(yùn)動，由于擺動的存在，其他點(diǎn)為橢圓。
從ZG型振動給料機(jī)的動力學(xué)分析與研究.找到ZG型振動給料機(jī)振動電機(jī)的安裝方式是振動電機(jī)損壞率、振動給料機(jī)的給料效率的主要影響因素.根據(jù)分析的結(jié)論可對給料機(jī)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化.進(jìn)而為物料運(yùn)輸行業(yè)和振動給料機(jī)生產(chǎn)企業(yè)在設(shè)計上提供設(shè)計依據(jù)，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)活動。
5.2 力學(xué)模型分析
為了研究電磁振動給料機(jī)的力學(xué)模型，先將機(jī)構(gòu)簡化為如圖所示的二自由度振動模型。其中集中質(zhì)量m1表示振動料槽與傳輸物體的質(zhì)量，m2表示底座的質(zhì)量，k1為隔振彈簧，k2為板簧。同時，為了分析更為清楚、簡單，我們暫不考慮系統(tǒng)的阻尼。
圖5-1 電磁振動給料機(jī)的力學(xué)模型
用廣義坐標(biāo)表示兩個集中質(zhì)量m1和m2在垂直方向的位移，用F1 F2分別表示集中質(zhì)量m1 m2所受的按正弦規(guī)律變化Fsinwt，即兩個電磁力在不考慮阻尼的情況下，是大小相等，方向相反的。
應(yīng)用拉格朗日方程法建立系統(tǒng)的微分方程，有:
式（5.4）
假定，此微分方程組的特解表示該系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動，則有：
式 (5.5)
式中 ——底座的振幅；
——料槽的振幅。
把式(5.5)代入式(5.4 )并消去,可得:
式 (5.6)
化簡得
解之得
式 (5.7)
其中
式 (5.8)
為了化簡方程，令：
代入得：
式 (5.9)
當(dāng)激振力消失時，A1=0, A2=d，式(5.6)為:
式 (5.10)
式(5.10)是一齊次聯(lián)立方程組，有一組解是，由此引出的，只能是在系統(tǒng)的平衡位置，而不能說明振動性質(zhì)，不是需求的振動解。要使式(5.10)有非零解，即其系數(shù)行列式---即式(5.9)的分母必須等于零。用函數(shù)表示分式中分母，若= 0，則有:
式 (5.11)
這樣，式(5.9)中,將趨向于。由此可知，就是系統(tǒng)的頻率方程。在設(shè)計時，，則方程的一個根=0，故得
式 (5.12)
5.3 考慮存在阻尼時的振動的分析
在現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)中，阻尼是每時每刻都存在的，以下就存在阻尼時，對振動系統(tǒng)中的能量平衡進(jìn)行研究。
由于阻尼的存在，系統(tǒng)在振動中機(jī)械能不斷耗散，只有當(dāng)外界激勵不斷給系統(tǒng)補(bǔ)充能量，并相對能量收支平衡時，系統(tǒng)才能維持穩(wěn)定振動?，F(xiàn)在我們從穩(wěn)態(tài)強(qiáng)迫振動的激振力與阻尼力在一個周期內(nèi)所做的功進(jìn)行分析，以證明這一平衡的關(guān)系。
激振力 穩(wěn)態(tài)強(qiáng)迫振動的一周期內(nèi)所做的功為
(5.13)
考慮到：，于是有：
而阻尼力在定常振動系統(tǒng)中一周期內(nèi)所做的功△E2為：
引入記號：
于是有：
式 (5.14)
就不難得到：
這就說明了上述能量平衡關(guān)系。注意到當(dāng)時，有
因此由上面可得共振放大率： ；
從以上的分析可以看出，在有阻尼與無阻尼情形的顯著差別主要表現(xiàn)在共振區(qū)內(nèi)。在這一區(qū)域內(nèi)，阻尼對定常強(qiáng)迫振動振幅的大小有著決定性的影響。只要阻尼存在，振動系統(tǒng)的共振放大率就只能取有限值，不象在沒有阻尼時的情況，振動振幅會隨激振力的存在而無限擴(kuò)大。進(jìn)一步分析由式(5-11)與式( 5-12)可得：
式（5.15）
分母在 =時具有極小值，換句話說，當(dāng)=時，振動系統(tǒng)達(dá)到共振。
5.4 固有頻率與激振頻率
固有頻率對振動系統(tǒng)影響是非常大的，也是最為關(guān)鍵的參數(shù)。當(dāng)激振頻率確定后，P值也就可以確定。頻率比又選擇得當(dāng)，電磁振動給料機(jī)可以用較小的功率消耗，獲得較高的機(jī)械效率。 一般電磁振動給料機(jī)工作時，料槽內(nèi)的物體質(zhì)量是變化的，因而阻尼值也在變化。從幅頻特性曲線可知: 當(dāng) = I時，其振幅最大而功率消耗最小，但難以使料槽在此點(diǎn)穩(wěn)定工作。
當(dāng)1時，料槽在亞共振區(qū)工作。加料后物體多，m增大，阻尼大，振幅雖有所降低，但P亦同時降低，使 值更趨近于1，于是又使振幅增大，起著互相補(bǔ)償?shù)淖饔?，使振動系統(tǒng)工作穩(wěn)定。
當(dāng)>I時，料槽將在超共振區(qū)工作，增加輸送物體后，m增加，將使阻尼值。增大令振幅下降，而P降低，則值增加，振幅更加大，影響振動系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。
6 振動給料機(jī)電機(jī)功率的計算
確定慣性振動給料機(jī)及振動篩電機(jī)功率參數(shù)過程中，傳動率的合理選擇和計算是一個十分重要的問題，它不僅是慣性振動給料機(jī)及振動篩正常運(yùn)行的重要條件，而且也是合理電能消耗的重要條件。
在傳統(tǒng)的工程設(shè)計中，慣性振動給料機(jī)及振動篩電機(jī)功率參數(shù)的確定是由經(jīng)驗(yàn)估算來確定的。例如：由礦院設(shè)計的某石灰石礦破碎篩分系統(tǒng)規(guī)模為年處理礦石4000kt/ a,其粒度要求見表1。破碎篩分系統(tǒng)工藝流程是，采礦選用電鏟裝車，運(yùn)至破碎篩分系統(tǒng)的石灰石原礦粒度為1000--2000mm結(jié)合產(chǎn)品粒度要求，設(shè)計采用粗、中和細(xì)碎閉路二段破碎流程。
其產(chǎn)品粒度界限圖見表6-1：
表6-1產(chǎn)品粒度界限表
從表6-1中可以看出，振動給料機(jī)及振動篩在破碎系統(tǒng)中使用頻率較高，對產(chǎn)品的質(zhì)量起重要的作用。振動給料機(jī)及振動篩電機(jī)功率的計算方法有好幾種，其中一部分計算方法屬于經(jīng)驗(yàn)公式，它們只能對這類設(shè)備的功率選擇作初步的確定。一般誤差較大，如果要合理計算其功率，必須分析這類機(jī)械的啟動過程，才能得出較為合理的電機(jī)功率數(shù)據(jù)。而這種計算結(jié)果在該石灰石礦破碎系統(tǒng)的工藝流程的改造得到驗(yàn)證。在已完成的工程設(shè)計中，對振動給料機(jī)及振動篩的選用，其中電機(jī)功率的確定未進(jìn)行過詳細(xì)的計算，只是根據(jù)處理量憑經(jīng)驗(yàn)公式來確定振動給料機(jī)及振動篩的電機(jī)功率參數(shù)，使得工程設(shè)計中確定電機(jī)功率的理論依據(jù)不是很充分。隨著工藝水平的不斷進(jìn)步，振動給料機(jī)及振動篩的電機(jī)功率參數(shù)的計算方法也有了一定的改進(jìn)。通過分析給料機(jī)及振動篩的啟動過程，計算出合理的電機(jī)功率數(shù)據(jù)，是一種相對完善，也較容易實(shí)現(xiàn)的一種計算方法.下面對這種計算方法進(jìn)行簡單的介紹。
6.1 振動給料機(jī)及振動篩啟動過程分析
振動給料機(jī)及振動篩的正常工作是由帶偏心質(zhì)量的振動器馭動其機(jī)體產(chǎn)生連續(xù)的振動，使物料得到有效的輸送或篩分。而振動器的核心部分是以一定的速度旋轉(zhuǎn)的偏心塊。當(dāng)振動給料機(jī)及振動篩啟動時，振動器的偏心質(zhì)量在規(guī)定時間內(nèi)，由靜止達(dá)到工作轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)正常工作，完成全部啟動過程。 要實(shí)現(xiàn)這個啟動過程必須要在振動器的偏心質(zhì)量上加一個最大的轉(zhuǎn)矩，以克服振動器的阻力矩、靜轉(zhuǎn)矩和加速力矩，來實(shí)現(xiàn)振動給料機(jī)及振動篩的正常起動，穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)。
設(shè)最大轉(zhuǎn)矩為 ，則
式(6.1)式中 ——使振動器的偏心質(zhì)量m在規(guī)定時間達(dá)到工作轉(zhuǎn)速的角加速度所需的力 矩，N .m；
——克服振動器的阻力及參振質(zhì)體mR質(zhì)體的靜轉(zhuǎn)矩所需的力矩,N .m；
式(6.2)式中 ——振動器的偏心質(zhì)量旋轉(zhuǎn)角速度，r/ min；
t ——時間,s；
式(6.3)式中 n——振動器的偏心質(zhì)量旋轉(zhuǎn)速，r/ min 。
== / dt 式(6.4)式中 ——振動器的轉(zhuǎn)動慣量，；
； 式(6.5)
式中 ——參振質(zhì)體的質(zhì)量，kg；
D ——推算的環(huán)動直徑，m。
起動過程的角加速度是變化的，但在規(guī)定的起動時間內(nèi)，可取其平均值。
式（6.6）所以， 式（6.7）
在(6.1)式中的是由振動器的阻力矩和靜力矩組成。即
式（6.8）由于較小，可以忽略，計算時可以認(rèn)為
式（6.9）
由于振動篩式振動給料機(jī)的參振質(zhì)體在振動過程中能量的輸入和輸出、電機(jī)功率實(shí)際上是不平衡的，所以要考慮一個不均衡系數(shù)K,所以
式(6.10)
式中 K——不均衡系數(shù)，K = 0. 4 — 0. 5;
——振幅，m。
所以 式(6.11)
6.2 電機(jī)功率的計算
電機(jī)功率一般以額定轉(zhuǎn)矩，計算，即
式(6.12)式中 u——額定電壓，V；
——電壓降時的最大電壓，V。
則電動機(jī)功率P為：
，
選取 kw。
7 強(qiáng)度校核
7.1 焊接校核
7.1.1 焊接介紹
薄板結(jié)構(gòu)的搭接焊接可以采用接觸焊（點(diǎn)焊）和滾焊（縫焊），本設(shè)計所有焊接都采用縫焊。焊點(diǎn)的直徑d 可根據(jù)被焊對象零件的厚度來確定;d=1.2S + 4mm, 而且此直徑不應(yīng)大于d=1.5S+5mm，式中S是被焊元件的最小厚度。
傳動板 S= 12mm
所以 d=1.212mm +4mm=16.4mm
d=1.512mm +5mm=23mm
那么 d=16.4---23mm 取d=18mm。
其他鋼板 S=8 mm
所以 d=1.28mm +4mm=13.6mm
d=1.58mm +5mm=17mm
那么 d=13.6---17mm 取d=15mm。
推薦焊接點(diǎn)間的距離 a=3d
7.1.2 焊接的質(zhì)量檢查
為了保障機(jī)械制造中產(chǎn)品的可靠性，應(yīng)該對焊接件進(jìn)行全部檢查或者抽樣檢查。檢查的方法有外觀目測以及破壞性方法和非破壞性（無損）方法幾種。本設(shè)計采用運(yùn)行長時間來試機(jī)用來檢驗(yàn)焊接質(zhì)量。
7.1.3 靜載荷作用下焊接的計算
對接焊縫的強(qiáng)度計算是把被聯(lián)接零件看成一個整體零件而按其名義截面（不考慮焊縫加厚）進(jìn)行的。給料機(jī)材料均為Q235。
拉應(yīng)力
式 (7.1)
式中 ——外載荷；
——焊縫的長度；
——被聯(lián)接零件的厚度；
——焊縫拉伸許用應(yīng)力，通常，取。
表7-1 靜載荷作用下焊縫的許用應(yīng)力
焊接類型
焊接的許用應(yīng)力
拉伸時
受壓時
剪切時
自動焊，在保護(hù)性氣體介質(zhì)中焊，接觸焊
0．65
普通焊條手工焊
0．9
0．6
點(diǎn)接觸焊
——
——
0．5
=32.3MPa 0.9
=0.9235
=211.5MPa
滿足要求。
7.1.4 交變載荷作用下的強(qiáng)度計算
當(dāng)焊聯(lián)接件承受載荷時，如果循環(huán)的平均應(yīng)力和應(yīng)力幅長正比的增大，那么強(qiáng)度安全系數(shù)應(yīng)為：
式 (7.2)
式中 ——絕對尺寸因素影響后材料的疲勞極限；
——有效應(yīng)力集中系數(shù)；取1.2；
——不對稱循環(huán)對疲勞強(qiáng)度的影響系數(shù)，對于低碳鋼的對接焊聯(lián)接，取0.15。
計算得：
所以滿足要求。
7.2 橡膠彈簧
7.2.1 橡膠彈簧特性：
橡膠彈簧彈性模量小，形狀不受限制，各方向剛度可以自由選擇，容易達(dá)到理想的非線性特性，同時可承受多方向的載荷。
本設(shè)計采用支承用橡膠彈簧，尺寸采用120120，橡膠彈簧橡膠硬度為50HS，查表矩此彈簧承受垂直載荷為94kN ，完全滿足設(shè)計要求。彈簧內(nèi)徑為38。
8 變頻器的調(diào)速方式及合理選擇
8.1 引言
經(jīng)歷了20世紀(jì)70年代中期的第2次石油危機(jī)之后，人們充分認(rèn)識到了節(jié)能工作的重要性，并進(jìn)一步重視和加強(qiáng)了對交流調(diào)速技術(shù)的研究開發(fā)工作。隨著同時期電力電子技術(shù)的發(fā)展，作