一、振動(dòng)給料機(jī)介紹

眾所周知，振動(dòng)給料機(jī)是一種在選礦作業(yè)、人工砂石線、選煤等行業(yè)中廣泛應(yīng)用的給料設(shè)備?？v觀其發(fā)展歷程，先后經(jīng)歷了電磁振動(dòng)、電機(jī)振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)三個(gè)發(fā)展階段。振動(dòng)給料機(jī)在冶金、煤炭、電力、化工、建材、輕工和糧食等行業(yè)中廣泛應(yīng)用，可與其他設(shè)備配套，實(shí)現(xiàn)給料、喂料、配料、定量包裝和流程自動(dòng)化作業(yè)。在礦山選礦工藝中，與選礦設(shè)備配套使用，主要用在溜井放礦、轉(zhuǎn)載裝車、選礦破碎給料作業(yè)；在煤礦作業(yè)流程中，可用在井下轉(zhuǎn)載，箕斗下轉(zhuǎn)載，原煤倉(cāng)下配煤、精煤倉(cāng)下裝車和洗選機(jī)均勻給料等作業(yè)；在水泥及混凝土加氣塊設(shè)備生產(chǎn)線中，可用于混凝土攪拌站水泥的給料；本文著重對(duì)振動(dòng)給料機(jī)的發(fā)展歷程、應(yīng)用效果，特別是研究現(xiàn)狀等方面加以綜述，并對(duì)振動(dòng)給料機(jī)的研究發(fā)展趨勢(shì)提出前瞻性的展望。

二、振動(dòng)給料機(jī)的發(fā)展

20世紀(jì)50年代初，由連桿及偏心軸傳動(dòng)的K型機(jī)械式往復(fù)給料機(jī)廣泛運(yùn)用在礦井生產(chǎn)中，特別是煤礦井下。該機(jī)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)力消耗較大，設(shè)備笨重，處理量小且成間接成堆式不均勻給料。但該機(jī)型維修量小、耐用，布置所需高度低，且對(duì)物料的粒度組成、外在水分等物理性質(zhì)要求不嚴(yán)。隨著礦井機(jī)械化程度的提高，這種振動(dòng)給料機(jī)已無(wú)法滿足生產(chǎn)的需要。

進(jìn)人20世紀(jì)60年代，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)引入國(guó)外精良設(shè)備，出現(xiàn)了電磁振動(dòng)給料機(jī)，并迅速得到廣泛應(yīng)用。電磁振動(dòng)給煤機(jī)屬于雙質(zhì)體共振型，其相對(duì)于K型給煤機(jī)具有處理能力大、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、可無(wú)極調(diào)速以及電耗少等特點(diǎn)，在全國(guó)得到推廣，頗受用戶歡迎。然而，經(jīng)過(guò)使用發(fā)現(xiàn)電磁振動(dòng)給料機(jī)故障較多，如銜鐵損壞，無(wú)振幅不走料，板彈簧斷裂，板彈簧頂緊螺栓松動(dòng)，鐵芯與銜鐵間氣隙的大小以及板彈簧片數(shù)調(diào)整不當(dāng)，易造成電流加大、振幅減小和不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重者將產(chǎn)生鐵芯碰撞而導(dǎo)致鐵芯和線圈的損壞；工作時(shí)噪聲大，不宜輸送極細(xì)的或潮濕的粘性粉狀物以及輸送距離短。這一系列問(wèn)題限制了電磁振動(dòng)給料機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展。

20世紀(jì)80年代中期，開始生產(chǎn)電機(jī)振動(dòng)給料機(jī)(GZG，MZG型)，GZG型電機(jī)振動(dòng)給料機(jī)是以振動(dòng)電機(jī)為激振源，根據(jù)雙電機(jī)自同步原理而設(shè)計(jì)，該機(jī)型盡管存在著電機(jī)易壞、槽體振裂、維修工作量大等問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)諸多實(shí)踐案例應(yīng)用，證明其性能優(yōu)于電磁振動(dòng)給料機(jī)。

GZD型慣性機(jī)械振動(dòng)型振動(dòng)給料機(jī)是在上述背景下于20世紀(jì)80年代末研制發(fā)展起來(lái)的，GZD型振動(dòng)給料機(jī)引用國(guó)外的精良技術(shù)，通過(guò)撓性連接將激振器與普通電機(jī)相連接，電機(jī)只傳動(dòng)不參振，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，維修工作量小，給料通暢，對(duì)運(yùn)輸物料的水分和粘度的適應(yīng)性強(qiáng)，不粘物，槽底還可加鋪耐磨襯板。但是此種振動(dòng)給料機(jī)噪音大，漏油嚴(yán)重，給料量調(diào)整困難，基于以上缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出現(xiàn)了一種由兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)分別驅(qū)動(dòng)兩根偏心軸的慣性振動(dòng)給料機(jī)，這種振動(dòng)給料機(jī)由兩臺(tái)電機(jī)控制同步運(yùn)轉(zhuǎn)，兩軸間無(wú)齒輪傳動(dòng)，減小了噪聲，潤(rùn)滑方便。XJG型慣性共振式振動(dòng)給料機(jī)是繼往復(fù)式給煤機(jī)、電磁振動(dòng)給料機(jī)、自同步慣性振動(dòng)給料機(jī)之后，綜合其優(yōu)缺點(diǎn)，參考了國(guó)外近期使用和引進(jìn)的設(shè)備，研制成的又一種新型給料設(shè)備，也是開發(fā)的新產(chǎn)品，其受力狀態(tài)較好，動(dòng)力消耗小，噪聲低，開停機(jī)平穩(wěn)。

20世紀(jì)80年代末90年代初，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用需要，各種新型振動(dòng)給料機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。芬蘭Rox—on公司(前稱kone Kunming Gravel Equipment工程公司)設(shè)計(jì)制造了一種將重型板式喂料機(jī)與篩分機(jī)有效結(jié)合在一起的、結(jié)•構(gòu)形式新穎的棒條振動(dòng)給料機(jī)，具有篩分、輸送雙功能，適用于選礦、建材和化學(xué)等工業(yè)部門，特別適用于黑色、有色金屬礦石、建筑石料粗碎前的給料；意大利ORU公司生產(chǎn)的用于現(xiàn)場(chǎng)制備混凝土加氣塊的Autoforcula1040型等混凝土攪拌站，采用了以電機(jī)為動(dòng)力的篦形振動(dòng)給料機(jī)，該種給料機(jī)用于凝土攪拌站水泥的給料；濟(jì)南某所制造了一種多層槽振動(dòng)給料機(jī)，將槽體分成上、下兩層或多層空間，可提高料槽工作面對(duì)物料的速度傳遞效率，提高生產(chǎn)率。

三、振動(dòng)給料機(jī)的研究現(xiàn)狀

電磁振動(dòng)給料機(jī)結(jié)構(gòu)圖

在中國(guó)振動(dòng)給料機(jī)的發(fā)展歷程中，研究主要集中在以下幾個(gè)方面。

1、關(guān)于物料結(jié)合狀態(tài)的研究

振動(dòng)給料機(jī)在輸送物料時(shí)的振動(dòng)參數(shù)受被輸送物料的影響，物料主要影響給料機(jī)的參振質(zhì)量和阻尼，物料結(jié)合系數(shù)與阻尼系數(shù)的確定在振動(dòng)給料機(jī)的設(shè)計(jì)中占有較大比重。聞邦椿院士在這方面做了相關(guān)的研究，推導(dǎo)出了物料結(jié)合系數(shù)的計(jì)算公式，證明了理論計(jì)算的物料結(jié)合系數(shù)’基本上適合工程實(shí)際的情況。不同形式振動(dòng)給料機(jī)的物料結(jié)合系數(shù)不同，國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別對(duì)工作面無(wú)傾角和有傾角的振動(dòng)給料機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了討論，分析結(jié)果表明:當(dāng)工作面有傾角時(shí)物料結(jié)合系數(shù)比工作面無(wú)傾角時(shí)?。晃锪辖Y(jié)合系數(shù)與阻尼系數(shù)隨著振幅的增大而減小，其中物料結(jié)合系數(shù)減小較快。對(duì)于單質(zhì)體彈性連桿振動(dòng)給料機(jī)，物料滑行輸送時(shí)，決定物料結(jié)合系數(shù)的主要因素是物料與槽體之間的摩擦系數(shù)和槽體傾角。

2、關(guān)于系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的研究

振動(dòng)給料機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)特性和動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)給料效果有重要影響。振動(dòng)給料機(jī)按機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的力學(xué)原理，主要分為單質(zhì)體和雙質(zhì)體兩大類，對(duì)工程中常用的振動(dòng)給料機(jī)，大都采用單質(zhì)體集中質(zhì)量力學(xué)模型，構(gòu)成單自由度線性振動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)于單電機(jī)振動(dòng)給料機(jī)，通過(guò)理論研究，建立振動(dòng)給料機(jī)的力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)微分方程，證明單電機(jī)立式安裝優(yōu)越于臥式，同時(shí)為避免槽體擺動(dòng)給料機(jī)設(shè)計(jì)安裝時(shí)必須滿足一定的條件。對(duì)于雙軸(或)雙電機(jī)振動(dòng)給料機(jī)，分為雙機(jī)豎置和雙機(jī)橫置兩種結(jié)構(gòu)形式，目前對(duì)其振動(dòng)理論以及動(dòng)力學(xué)參數(shù)的研究日趨完善，在研究其擺振時(shí)，通過(guò)建立雙電機(jī)自同步振動(dòng)給料機(jī)的三自由度力學(xué)模型，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，在此基礎(chǔ)上得出了機(jī)體不出現(xiàn)搖擺振動(dòng)的條件。

在考慮既有粘性阻尼又有摩擦阻尼的情況下的振動(dòng)給料機(jī)，對(duì)其建立力學(xué)模型和微分方程，可知粘性阻尼和摩擦阻尼對(duì)給料機(jī)的振幅有所影響…’；利用離散元方法對(duì)顆粒在振動(dòng)給料機(jī)中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值研究，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)給料機(jī)中顆粒運(yùn)動(dòng)隨振動(dòng)參數(shù)變化而變化；對(duì)多軸振動(dòng)給料機(jī)的研究，分析出了其更大給料速度和極限速度；對(duì)振動(dòng)給料機(jī)進(jìn)行實(shí)測(cè)研究，得到了給料機(jī)的激振力、傾角、振動(dòng)方向角和人料口厚度與生產(chǎn)率及電參數(shù)的關(guān)系，并找到了各參數(shù)之間的更優(yōu)組合。此外對(duì)振動(dòng)給料機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真，對(duì)部件進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)、裝配及結(jié)構(gòu)分析也都取得了一定的成果。

3、關(guān)于振動(dòng)給料機(jī)給料槽強(qiáng)度的研究

在多年的研究中，一個(gè)重要的課題是解決振動(dòng)給料機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，這是發(fā)展大型振動(dòng)給料機(jī)、提高給料量的關(guān)鍵。在振動(dòng)給料機(jī)各種零部件中，激振器不是更重要的，反而是給料槽更重要，為什么這么說(shuō)呢？因?yàn)樵诩ふ窳蛔冚d荷作用下，給料槽更常見的損壞就是側(cè)板和橫梁的疲勞斷裂。其原因主要為應(yīng)力過(guò)大、應(yīng)力集中、存在高次應(yīng)力諧波，如果廠商研發(fā)能力有限，材料選擇不合理、設(shè)備設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式不合理、斷面形狀和尺寸厚度等選擇不恰當(dāng)，則很容易造成這個(gè)問(wèn)題。另外側(cè)板與橫梁的聯(lián)接方式、振動(dòng)電機(jī)的安裝位置等對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也有較大的影響。對(duì)整個(gè)給料槽動(dòng)強(qiáng)度研究所采用的主要方法是彈性力學(xué)有限元的分析方法。在對(duì)給料槽側(cè)板的分析中除利用有限元方法外，也采用模態(tài)綜合分析技術(shù)計(jì)算前4—8階模態(tài)。研究表明，當(dāng)某一階固有頻率與工頻接近時(shí)，側(cè)板的相對(duì)扭曲變形明顯增大，因而與工頻接近的模態(tài)及其陣型對(duì)其動(dòng)強(qiáng)度的影響應(yīng)當(dāng)加以重視。

4、關(guān)于振動(dòng)給料機(jī)給料自動(dòng)控制的研究

振動(dòng)給料機(jī)給料的準(zhǔn)確控制直接影響到生產(chǎn)的效益與質(zhì)量，采用單片機(jī)可控制電磁振動(dòng)給料機(jī)均勻給料，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)節(jié)，工作穩(wěn)定和遠(yuǎn)距離微機(jī)控制等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的集中控制和自動(dòng)控制。文獻(xiàn)提出了對(duì)慣性給料機(jī)的振動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的PID控制策略，并進(jìn)行了仿真研究。文獻(xiàn)介紹了一種通過(guò)SSR來(lái)完成調(diào)速控制的新方法，已在多種類型的定量秤和配料秤中使用。經(jīng)實(shí)踐證明，該控制方法具有工作可靠、壽命長(zhǎng)、無(wú)噪聲、開關(guān)速度快和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)80年代初已有變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，使用變頻調(diào)速器，可以對(duì)電機(jī)實(shí)施軟啟動(dòng)及制動(dòng)，保護(hù)電機(jī)，也可以連續(xù)調(diào)節(jié)電機(jī)振動(dòng)頻率，改變輸料量，在焦家金礦和銅坑拋廢工程以及大型火電廠自動(dòng)輸煤系統(tǒng)應(yīng)用中均取得了很好的效果。此外通過(guò)半波能耗制動(dòng)，可有效地消除振動(dòng)給料機(jī)的余振導(dǎo)致多給料引起原燃料消耗的增加，提高給料的精確度。

5、關(guān)于隔振效果的研究

目前振動(dòng)給料機(jī)主要有吊掛式和支座式兩種安裝方式，選擇哪種安裝方式要根據(jù)給料機(jī)的安裝環(huán)境、振動(dòng)程度以及給料要求等因素綜合考慮。需要對(duì)振動(dòng)給料機(jī)的隔振彈簧剛度和彈簧的位置進(jìn)行計(jì)算或采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法對(duì)振動(dòng)給料機(jī)隔振參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，以確定彈簧參數(shù)。另有文獻(xiàn)介紹振動(dòng)給料機(jī)的一次隔振和二次隔振系統(tǒng)隔振參數(shù)的計(jì)算方法和設(shè)計(jì)參數(shù)的選取，對(duì)振動(dòng)給料機(jī)的隔振理論進(jìn)行了詳細(xì)的分析，該設(shè)計(jì)方法在許多選礦設(shè)備案例和砂石設(shè)備應(yīng)用中得到有力的證實(shí)。此外采用混合隔振技術(shù)，選取合適的主動(dòng)控制反饋?zhàn)兞亢头答佋鲆?，可以使系統(tǒng)處于更佳工作效率狀態(tài)。

6、關(guān)于反共振原理的研究

振動(dòng)給料機(jī)是利用振動(dòng)來(lái)完成物料輸送的機(jī)械，現(xiàn)有礦用給料機(jī)的種類較多，但是它們的激振電機(jī)一般都直接參與振動(dòng)，這樣不但振動(dòng)電機(jī)的使用壽命縮短，而且振動(dòng)質(zhì)量也較大，耗能多。采用雙自由度反共振原理設(shè)計(jì)出新型的反共振振動(dòng)給料機(jī)能使電動(dòng)機(jī)不振動(dòng)，而振動(dòng)卻通過(guò)彈簧傳到振動(dòng)料槽，達(dá)到振動(dòng)給料的目的；采用多自由度的反共振原理，對(duì)電磁振動(dòng)給料機(jī)作改進(jìn)，電磁鐵間的振幅不用很大就能使料槽產(chǎn)生較大的振動(dòng)，增大了電磁鐵的穩(wěn)定性，具有很好的隔振效果。

7、關(guān)于自同步理論的研究

從20世紀(jì)80年代初就進(jìn)行了關(guān)于振動(dòng)給料機(jī)的自同步理論研究，目前只有在雙電機(jī)振動(dòng)給料機(jī)和雙軸機(jī)械式振動(dòng)給料機(jī)上應(yīng)用。通過(guò)建立雙電機(jī)自同步振動(dòng)給料機(jī)的力學(xué)模型，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，研究得出了振動(dòng)給料機(jī)同步性判據(jù)和穩(wěn)定性判據(jù)的計(jì)算公式；研究采用普通雙電機(jī)把自同步理論實(shí)際運(yùn)用到給料機(jī)上，由電機(jī)撓性驅(qū)動(dòng)裝在給料機(jī)上的反向旋轉(zhuǎn)偏心軸作用下實(shí)現(xiàn)直線振動(dòng)，電機(jī)不參振，大大提高了給料機(jī)的可靠性和使用壽命。

8、關(guān)于噪聲的分析與控制研究

據(jù)專家大樣本測(cè)定，振動(dòng)給料機(jī)的噪聲大都在70dB以上，分析其噪聲來(lái)源，主要有振動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的不平衡，機(jī)體各相對(duì)運(yùn)動(dòng)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，給料機(jī)橫梁、側(cè)板等鋼制構(gòu)件的彈性振動(dòng)，物料對(duì)給料槽底板的沖擊以及螺旋彈簧的振動(dòng)碰撞等。對(duì)振動(dòng)給料機(jī)噪聲頻譜分析表明，當(dāng)激振器頻率與料槽彈性振動(dòng)的某一階固有頻率相近時(shí)，將引起料槽彈性體的強(qiáng)烈振動(dòng)和噪聲。在已有的研究中提出的降噪措施主要有采用小尺寸高精度的軸承，從而減緩內(nèi)外圈與滾動(dòng)體之間的撞擊；對(duì)給料槽橫梁和側(cè)板采用適宜剛度以減小彈性振動(dòng)引起的聲輻射。多采用橡膠等非金屬材料，如橡膠復(fù)合彈簧和撓性連軸器等以減少鋼制件的直接撞擊，以及采用吸聲法來(lái)降低噪聲。

四、國(guó)內(nèi)振動(dòng)給料機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

工業(yè)的發(fā)展對(duì)振動(dòng)給料機(jī)的品種和質(zhì)量要求愈來(lái)愈高，從而使振動(dòng)給料機(jī)的發(fā)展提高到了一個(gè)新的階段。綜合國(guó)內(nèi)外振動(dòng)給料機(jī)的應(yīng)用狀況，以及以上各類給料機(jī)的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀，總結(jié)出國(guó)內(nèi)振動(dòng)給料機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面:

1、提高元部件性能和可靠性，降低維護(hù)量，設(shè)備開機(jī)率的高低主要取決于元部件的性能和可靠性。振動(dòng)機(jī)械的新技術(shù)和新產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用，仍是非常值得重視的問(wèn)題。如高性能可控軟啟動(dòng)技術(shù)、動(dòng)態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù)等，使給料機(jī)性能得到進(jìn)一步提高。新材料新工藝的采用，特別是高性能材料的采用方面要進(jìn)一步研究，以減輕振動(dòng)機(jī)械的重量，提高其產(chǎn)品的質(zhì)量，采用非金屬元部件，如橡膠彈簧、復(fù)合彈簧以及玻璃板簧等，大大提高振動(dòng)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。

2、振動(dòng)給料機(jī)有向大型化方向發(fā)展的可能性，但在一段時(shí)期內(nèi)，將主要的研究和研制結(jié)構(gòu)新穎受力狀態(tài)良好的振動(dòng)給料機(jī)，突破傳統(tǒng)振動(dòng)給料機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模式。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，將迫使人們研制較大型振動(dòng)給料機(jī)，以提高處理能力，適應(yīng)高產(chǎn)集約化生產(chǎn)需要，但是大型振動(dòng)給料機(jī)的發(fā)展，尚需在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面進(jìn)行更深入的探討，以提高其運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。

3、向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展。這是便于設(shè)計(jì)、組織專業(yè)化生產(chǎn)、保證質(zhì)量和降低成本的途徑。向效率高高產(chǎn)量化發(fā)展，工業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程促使企業(yè)規(guī)模增大、生產(chǎn)能力大大提高，需要高產(chǎn)能給料機(jī)與之配套，促使企業(yè)開發(fā)與其他設(shè)備配套的專用振動(dòng)給料機(jī)，以滿足生產(chǎn)給料要求。

4、不斷改進(jìn)振動(dòng)給料機(jī)的控制、調(diào)節(jié)性能，使振動(dòng)給料機(jī)始終保持的工作狀態(tài)。料槽角度可調(diào)以適應(yīng)處理量的要求，振動(dòng)形式可調(diào)以適應(yīng)不同物料和給料效率的要求，其中激振器的研究應(yīng)該是一個(gè)發(fā)展方向。

5、降低動(dòng)力消耗，減小噪聲，達(dá)到更加環(huán)保和人性化設(shè)計(jì)。這也符合國(guó)家“十二五”發(fā)展綱要中的相關(guān)精神。