专利名称：变刚度双质体激振器式特大型振动磨的制作方法
技术领域：
本发明变刚度双质体激振器式特大型振动磨涉及一种振动磨，特别是一种具有变 刚度、双质体、激振器激振形式的一般振动磨或特大型振动磨，属于振动利用工程技术领 域。
背景技术：
振动磨是利用振动原理来完成物料粉碎作业的振动机械设备，普通振动磨由支承 在弹簧上的一个或多个筒形或其他形状的容器构成，此容器或通过一个在重心旋转或通 过多个调谐在重心上的激振器，作近似于圆形振动的不平衡运动，装在磨机容器中的磨介 (被磨物料与介质)产生碰撞和摩擦，破碎是由于磨介自身相互之间以及磨介与容器壁之 间的碰撞和摩擦带来的结果。磨介塑着激振器的工作方向运动，使得物料的粉碎、流动和输 送工作正常进行。目前，国内外振动磨特别是特大型振动磨(筒体直径> 1. 5m，容积> 10kL，装机 功率> 200kW)多采用单筒单质体常刚度偏心振动磨(张世礼，特大型振动磨及其应用，冶 金工业出版社，2007)，其原理不再赘述，它可以产生由圆形、椭圆形和直线形振动组合而成 的不均勻振动，较普通振动磨附加出现的椭圆与直线振动，可提高磨介速度、冲击力和摩擦 力，增加粉碎效果，但由于磨机筒体内部物料、介质与筒壁等多相物体复杂的冲击、碰撞、摩 擦、流动等运动，加之系统速度波动、加速度波动、电源电压波动等因素的影响，会使系统的 振频、振幅、激振力、振动强度等性能参数将发生变化，构成的系统变载荷特性。现在有技术 的单质体常刚度振动磨会出现以下问题，特别是大型化之后问题更加突出(1)能耗高由于磨机筒体内部存在低能区，且为常刚度系统，使得变载荷特性下 的磨机系统能耗仍然较高、效率较低。(2)结构易损局部机体结构强度薄弱，易扭曲、易损坏；造成修复频次高，或修复 无效。(3)轴承问题轴承各零件间存在冲击、碰撞、摩擦载荷，造成发热、磨损及润滑油 废屑污染的恶性循环，大大提高轴承失效概率。(4)弹簧问题现振动磨多采用的金属螺旋弹簧、空气弹簧或橡胶弹簧，存在阻尼 小时振幅很大而机体应力很大，阻尼大时振幅又小而效率明显降低。(5)隔振问题单质体振动系统工作时隔振效果差，在持续、较大、变化的冲击、碰 撞、剪切等变载荷作用下，一方面会将振动直接传给设备基础且影响到周边设备与建筑，严 重时会使机器损坏而停产，长期运行机器寿命缩短，易损件过早失效，维修频次增加，影响 振动磨正常工作；另一方面会产生大的噪声，作为噪声污染源使操作者和周边环境受到严 重影响或使其无法忍受。(6)大型化受制约上述问题一直是困扰振动磨发展的难题，更使其大型化或特 大型化受到严重制约。
发明内容
本发明正是要解决现有技术中的上述问题，在进行大量的理论分析和模拟的基础 上，发明一种具有变刚度、双质体、激振器激振形式的一般振动磨及特大型振动磨。本发明的技术方案如下针对前述振动磨的线性螺旋弹簧与单质体结构，本发明采取非线性变刚度螺旋金 属橡胶涂层主振弹簧、变刚度螺旋金属橡胶复合隔振弹簧与上下双振动质体式(简称双质 体)结构，本发明至少有一个筒体，激振器部件作为激振装置刚性地固定在筒体上，偏置地 在单侧对筒体进行激振，即在筒体的重力轴线与重心之外对其激振，为平衡激振器质量设 置一平衡体，激振侧的弹簧轴线位于筒体和激振器部件的重力轴线之间，驱动激振器部件， 可产生由不同尺寸的圆形、椭圆形和直线形振动组合而成的不均勻振动，此乃系统具有变 刚度特性的作用，系统载荷的变化使得磨介振动轨迹的圆形、椭圆形、直线形的尺寸会有一 定幅度的变化，这将有利于提高系统的粉碎效率。本发明中电动机是动力源，激振器是激振源。它们通过联轴器连接起来，联轴器可 为万向节、挠性或轮胎联轴器，激振器无论设在左或右侧，其转向与筒体内磨介的流向恰恰 相反，这样才能与一般的圆形振动的振动磨不同，实现磨机装料的旋转运动。本发明作单侧激振的优点在于，附加出现的不同时刻不同尺寸的椭圆与直线振动 对于通过提高旋转速度以改善传送过程具有重要作用，而这一点对于磨碎的效果具有决定
眉、ο本发明变刚度双质体激振器式特大型振动磨包括上质体、下质体、电动机、电机 座、联轴器、联轴器罩、主振弹簧、隔振弹簧和底座，其中上质体包括筒体、进料口、端盖、出 料口、激振器、右联接架、磨介、左联接架和配重体。上、下质体之间通过主振弹簧相联接，主 振弹簧内径与上、下质体上的主振弹簧导柱外径相配合。所述筒体通过主振弹簧可能动地支承在下质体上，在筒体的右侧用右联接架刚性 固结有激振器，激振侧主振弹簧的轴线位于筒体和激振器的重力轴线之间。主振弹簧内径 与筒体、下质体上的弹簧导柱外径相配合，起到在大振幅下仍能使主振弹簧稳定工作的目 的；下质体通过隔振弹簧支承在底座上，隔振弹簧的内径与隔振弹簧导柱的外径相配合，同 样起到支撑导向作用。同理，在筒体的左侧通过左联接架刚性固结有与右侧质量相平衡的 配重体，左侧主振弹簧的轴线位于筒体和配重体的重力轴线之间。筒体内部装有被磨物料 和不同粒径的介质球组成的磨介。所述筒体上设置有端盖、进料口、出料口。工作时，电动机通过联轴器带动激振器产生激振力，进而驱动筒体及其整个上质 体产生振动运动，由于主振弹簧与减振弹簧的作用，上、下质体分别以不同的振幅和加速度 振动。显然，上质体的振幅和加速度较大，可提高磨筒内介质对物料的碰撞冲击破碎能力； 下质体的振幅和加速度较小，再通过隔振弹簧可大大减小传给基础的动载荷。所述激振器包括激振器轴、轴承座和左、右偏块组。激振器轴通过轴承安装在轴承 座上，在激振器轴两端分别安装有左、右偏块组，电动机通过联轴器与激振器轴相连。所述 联轴器外部装有联轴器罩。本发明具有的变刚度特性可明显减小筒体弱能量区的比例，进而降低能耗，提高 振动磨的能量利用率，变刚度特性与双质体一起，与现有技术相比，可形成隔振性能和结构 可靠性显著提高、噪声明显减小、弹簧-轴承寿命大大延长的综合效果和技术特点，为当今特大型振动磨的进一步大型化提供了条件。以下对本发明中的双质体、主振弹簧、隔振弹簧三要素的技术特征、实施手段详细 叙述之(1)双质体结构本发明中的双质体可以使上、下质体具有主振、隔振两种模态， 实现不同的振幅和振动加速度。从发明人的实验研究可以看出，在上质体与基础之间，由下 质体将其隔开，能起到很好的隔振作用，这较通常使用的单质体振动系统具有无法相比的 隔振效果。双质体振动磨系统中隔振模态的频率，通常远比主振模态的频率为小，这时机器 传给基础的动载荷降低，机器工作时传给基础的振动也将显著减少。本发明中上质体是本身携带激振源的物体，由于振动磨系统多相物质碰撞的复杂 性，系统构建具有明显隔振效果的双质体振动结构，可减少系统引发故障的机率，提高系统 运转的稳定性。(2)主振弹簧本发明中的主振弹簧为变节距螺旋金属橡胶涂层弹簧，由金属螺 旋压缩弹簧与橡胶涂层涂覆而成，金属螺旋弹簧的节距为变节距，可由小到大单向排列，也 可按两端小中间大双向排列，其特性线为渐增型非线性线；橡胶采用百分之八十以上的天 然胶的合成胶制作而成。主振弹簧中由于构成弹簧的螺旋结构的节距变化，再加上橡胶涂层，可使之具有 明显的非线性和所需的变刚度特点，即利用非线性振动可构成系统刚度具有随载荷增加而 增加、随载荷减少而减少的特点，能使系统驱动能耗明显降低，实现系统效率增加、有效节 能、稳定运转的目的。从发明人实验的功率谱曲线图和加速度时域曲线图可以看出，利用非 线性振动带来的系统输出加速度时域及频域变化特性，可使得振动系统惯性力明显提高， 达到相同粒度的振动时间较常规振动大为缩短，工作效率显著增加，粒度细化度明显增加。主振弹簧中金属螺旋弹簧起支承骨架作用，橡胶涂层起增加弹簧的非线性特性和 阻尼性作用，工作时特别是在系统载荷增加、突变或过载而发生并圈时能起到提高承载能 力、增加系统刚度及消音、降噪、减振的作用。(3)隔振弹簧本发明中的隔振弹簧为变节距螺旋金属橡胶复合弹簧，其由变节 距螺旋金属弹簧和橡胶弹簧两部分复合而成。变节距螺旋金属弹簧由一根钢丝卷绕构成， 所述的钢丝卷绕成螺旋结构，是在专用模具中将橡胶硫化包覆金属弹簧表面，形成变节距 螺旋金属橡胶复合弹簧。隔振弹簧中的金属弹簧的特性线为非线性线，起到支承骨架作用；节距的大小可 为各个圈之间取不同的节距，也可为几圈为一组取成几种不同的节距；节距可由小到大单 向排列，也可按两端小中间大双向排列；橡胶包覆层将增加弹簧的非线性特性和阻尼性，利 用非线性特性能起到提高承载能力、降低能耗的作用，增加的阻尼性有利于防止系统共振 和颤振的发生，起到隔振降噪作用，能最大限度地减少对设备基础的影响。本发明中的变节距螺旋金属橡胶涂层弹簧和变节距螺旋金属橡胶复合弹簧与橡 胶弹簧相比有较大的刚性，与金属弹簧相比有较大的阻尼性，其分别作为主振弹簧和隔振 弹簧，其效果是积极、明显和独特的，故特别适用于矿山机械、重型车辆的悬架结构、特大型 振动机如特大型振动磨、振动筛、给料机等载荷较大且载荷变化范围较宽的场合使用。
以下将结合附图对本发明作进一步说明本发明所提出的具体结构及实施例见附图。图1是本发明振动磨主视图。图2是图1中本发明振动磨的B-B剖视图。图3是示意表达本发明振动磨的工作原理。图4是示意表达本发明振动磨具有一台激振器的实施形式。图5是示意表达本发明振动磨的配重也采用激振器的实施形式。
具体实施例方式参照附图1-2，变刚度双质体激振器式特大型振动磨包括筒体1、进料口 2、端盖3、 联轴器4、联轴器罩5、电动机6、隔振弹簧7、底座8、电机座9、下质体10、隔振弹簧导柱11、 主振弹簧12、主振弹簧导柱13、出料口 14、激振器15、右联接架16、磨介17、左联接架18和 配重体19。其中上质体包括筒体1、进料口 2、端壁3、出料口 14、激振器15、右联接架16、磨 介17、左联接架18、配重体19。附图1-2所表示的结构中，上、下质体10之间通过主振弹簧12相联接，主振弹簧 12内径与上、下质体上的主振弹簧导柱13外径相配合；筒体1通过主振弹簧12可能动地支承在下质体10上。在筒体1的右侧用右联接 架16刚性固结有激振器15，驱动侧的主振弹簧12的轴线位于筒体1和激振器15的重力轴 线之间。主振弹簧12的内径与其主振弹簧导柱13的外径相配合，起到支撑导向作用，达到 使主振弹簧稳定工作的目的；下质体10通过隔振弹簧7支承在底座8上，隔振弹簧7的内 径与隔振弹簧导柱11的外径相配合，同样起到支撑导向作用。同理，在筒体1的左侧通过 左联接架18刚性固结有与右侧质量相平衡的配重体19，左侧的主振弹簧12的轴线位于筒 体1和配重体19的重力轴线之间。筒体内部装有不同粒径的介质球和被磨物料，图中表示 的是激振器在顺时针方向旋转情况下，筒体内磨介的运动过程，图中表示了所述筒体上设 置有端盖3、进料口 2、出料口 14。所述下质体10可以采用框架结构。所述激振器15包括激振器轴15-4、轴承座15-1和左偏块组15_3、右偏块组15_2。 激振器轴15-4、通过轴承安装在轴承座15-1上，在激振器轴15-4两侧分别安装有左偏块组 15-3、右偏块组15-2，电动机6通过联轴器4与激振器轴15_4相连。所述联轴器4外部装 有联轴器罩5。所述激振器15至少设置有一台。所述主振弹簧12为变节距螺旋金属橡胶涂层弹簧，由金属螺旋压缩弹簧与橡胶 涂层涂覆而成，金属螺旋弹簧的节距为变节距。所述隔振弹簧7为变节距螺旋金属橡胶复合弹簧，其由变节距螺旋金属弹簧和橡 胶弹簧两部分复合而成。工作时，激振器15带动整个上质体运动，结合图3、4看，由于单侧激振，筒体1内 磨介17振动轨迹在激振器15所在侧呈圆形，经过在中心的椭圆形振动，转变为在筒体1与 激振器15相对一侧的直线形振动；由于系统变刚度特性的作用，系统载荷的变化使得磨介 振动轨迹的圆形、椭圆形、直线形的尺寸会有一定幅度的变化，这将有利于提高系统的粉碎效率。
由于主振弹簧12与隔振弹簧7的作用，上、下质体分别以不同的振幅和加速度振 动。显然，上质体的振幅和加速度较大，可提高筒体1内介质对物料的冲击碰撞破碎能力； 下质体10的振幅和加速度较小，再通过隔振弹簧7、底座8可大大减小传给基础的动载荷。附图3表示，当激振器15设在重力轴线与重心之外的左侧并被驱动作逆时针方向 旋转时，筒体1内的磨介17作顺时针方向的转动，在激振器一侧磨介作圆形旋转振动时，筒 体中心及右侧分别作椭圆、直线振动，与筒体轴线平行的激振器轴线的距离大于筒体中点 与筒体内壁之间的最小距离。与振动磨现有技术相比具有的优点如下本发明变刚度特性的作单侧激振，附加出现的不同时刻不同尺寸的椭圆与直线振 动对于通过提高旋转速度以改善传送过程具有重要作用，而这一点对于磨碎的效果具有决
^^ 眉、 本发明具有的变刚度特性可减小筒体弱能量区的比例，进而降低能耗，提高振动 磨的能量利用率；本发明具有的主振、隔振弹簧的变刚度特性与双质体结构一起，综合形成较现有 技术隔振性能好、结构可靠性高、噪声小、弹簧_轴承寿命长的技术特点，为当今一般振动 磨或特大型振动磨的进一步大型化提供了条件。可将具有直径相同的筒体结构单元连接成长度不同的磨机，以满足不同的磨碎作 业和停留时间，这就使模块化设计成为可能。以下介绍本发明的四种实施例，其中主振弹簧、隔振弹簧与双质体结构相同，不再 赘述附图4示意表示一种实施形式，它有一个可振动地支承着的磨机容器，此容器在 形式上为可达直径1. 8米的特大型振动磨筒体1，它的一侧在重力轴线与重心之外与一个 二级动摆激振器15刚性连接。二级动摆激振器质量的平衡通过一个设在筒体相对侧轴线 与之平衡的配重体19来完成。所述配重体19采用内置块箱式结构，用左联接架18刚性固 结于筒体左侧，实现与右侧质量的平衡。附图5是示意表达本发明振动磨的配重采用激振器的实施形式。即筒体1右侧的 配重体19，以第二台激振器及其驱动系统20替代之。振动磨可选择或由激振器15或激振 器20驱动，此时，另一台激振器(20或15)总是起平衡质量的作用。这种结构形式允许振 动磨机的工作具有不同的激振器参数，如转速和振动圆的直径。
权利要求
一种变刚度双质体激振器式特大型振动磨，其特征在于包括上质体、下质体、电动机、电机座、联轴器、联轴器罩、主振弹簧、隔振弹簧和底座，其中上质体包括筒体、进料口、端盖、出料口、激振器、右联接架、磨介、左联接架和配重体；上、下质体之间通过主振弹簧相联接，主振弹簧内径与上、下质体上的主振弹簧导柱外径相配合；所述筒体通过主振弹簧可能动地支承在下质体上，在筒体的右侧用右联接架刚性固结有激振器，激振侧主振弹簧的轴线位于筒体和激振器的重力轴线之间，主振弹簧的内径与其主振弹簧导柱的外径相配合；下质体通过隔振弹簧支承在底座上，隔振弹簧的内径与隔振弹簧导柱的外径相配合，在筒体的左侧通过左联接架刚性固结有与右侧质量相平衡的配重体，左侧的主振弹簧的轴线位于筒体和配重体的重力轴线之间，筒体内部装有被磨物料和不同粒径的介质球组成的磨介。
2.根据权利要求1所述的变刚度双质体二级动摆激振器式特大型振动磨，其特征在于 所述激振器包括激振器轴、轴承座、左偏块组和右偏块组，激振器轴通过轴承安装在轴承座 上，在激振器轴两端分别安装有左偏块组、右偏块组，电动机通过联轴器与激振器轴相连。
3.根据权利要求1所述的变刚度双质体激振器式特大型振动磨，其特征在于所述联轴 器外部装有联轴器罩。
4.根据权利要求1所述的变刚度双质体激振器式特大型振动磨，其特征在于所述筒体 上设置有端盖、进料口和出料口。
5.根据权利要求1所述的变刚度双质体激振器式特大型振动磨，其特征在于所述主振 弹簧为变节距螺旋金属橡胶涂层弹簧，由金属螺旋压缩弹簧与橡胶涂层涂覆而成，金属螺 旋弹簧的节距为变节距。
6.根据权利要求1所述的变刚度双质体激振器式特大型振动磨，其特征在于所述隔振 弹簧为变节距螺旋金属橡胶复合弹簧，其由变节距螺旋金属弹簧和橡胶弹簧两部分复合而 成。
7.根据权利要求1所述的变刚度双质体激振器式特大型振动磨，其特征在于所述激振 器至少设置有一台。
全文摘要
本发明变刚度双质体激振器式特大型振动磨涉及一种振动磨，特别是一种具有变刚度、双质体、激振器式的一般振动磨或特大型振动磨，属于振动利用工程技术领域。包括上质体、下质体、电动机、电机座、联轴器、联轴器罩、主振弹簧、隔振弹簧和底座，其中上质体包括筒体、进料口、端盖、出料口、激振器、右联接架、磨介、左联接架和配重体；上、下质体之间通过主振弹簧相联接，主振弹簧内径与上、下质体上的主振弹簧导柱外径相配合；下质体通过减振弹簧支承在底座上。所述筒体通过主振弹簧可能动地支承在下质体上，在筒体的右侧用右联接架刚性固结有激振器。
文档编号B02C19/16GK101961671SQ20101050400
公开日2011年2月2日 申请日期2010年10月8日 优先权日2010年10月8日
发明者刘东升, 刘极峰, 吕鹏杰, 杨保成, 杨小兰, 邹景超 申请人:南京工程学院