雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)的設(shè)計(jì)總結(jié)

馬 穎，李百?gòu)?qiáng)（機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院，河南洛陽(yáng)市 471039）

雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)的設(shè)計(jì)總結(jié)

馬 穎，李百?gòu)?qiáng)（機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院，河南洛陽(yáng)市 471039）

對(duì)振動(dòng)落砂機(jī)的設(shè)計(jì)和使用作了小結(jié)，介紹了雙軸慣性落砂機(jī)的使用狀況，并簡(jiǎn)要描述了該落砂機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)。

慣性振動(dòng)落砂機(jī)；設(shè)計(jì)

振動(dòng)落砂機(jī)是目前鑄造廠應(yīng)用非常廣泛的一種設(shè)備，它的作用是通過(guò)振動(dòng)使開(kāi)箱后的鑄件和鑄型分離，達(dá)到回收舊砂和收取鑄件的目的。

目前最常用的落砂機(jī)形式是慣性振動(dòng)落砂機(jī)，其使用范圍很廣，在單件生產(chǎn)、小批量或大批量生產(chǎn)鑄件的鑄造車間內(nèi)，都可得到很好的應(yīng)用。慣性振動(dòng)落砂機(jī)的承載范圍很大（目前所知國(guó)內(nèi)落砂機(jī)最大承載重量可達(dá)50t），幾乎各種形式鑄件都可應(yīng)用，特別對(duì)于中、大件鑄件的開(kāi)箱落砂來(lái)說(shuō)，落砂機(jī)的應(yīng)用極大地減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率。

由于落砂時(shí)產(chǎn)生的沖擊載荷一部分被支承彈簧吸收，慣性振動(dòng)落砂機(jī)軸承和激振軸軸徑所受到的沖擊載荷有了明顯降低，因而使用壽命較長(zhǎng)，工作可靠，同時(shí)對(duì)基礎(chǔ)要求也比較低。

慣性振動(dòng)落砂機(jī)分為單軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)和雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)。比較單、雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)的工作特點(diǎn)可知，單軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)不能實(shí)現(xiàn)定向振動(dòng)，鑄件和舊砂無(wú)法實(shí)現(xiàn)定向輸送，近年來(lái)已逐漸被淘汰；而雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)則可同時(shí)實(shí)現(xiàn)鑄件和型砂的分離和輸送，因此在自動(dòng)化造型生產(chǎn)線上采用的多為雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)。

下面探討一下雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)的設(shè)備構(gòu)成和使用情況。

1 雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)的組成

慣性振動(dòng)落砂機(jī)一般由驅(qū)動(dòng)裝置（激振器或振動(dòng)電機(jī)）、承載做功機(jī)構(gòu)（柵床與柵格）、支承裝置（彈性系統(tǒng)）等主要部分組成。

1.1 驅(qū)動(dòng)裝置

1.1.1 激振器

激振器是慣性類振動(dòng)落砂機(jī)的動(dòng)力源。雙軸慣性落砂機(jī)采用雙軸激振器，兩個(gè)激振器同步反向旋轉(zhuǎn)激振，使柵床做定向的直線振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)物料的定向輸送。雙軸激振器可分為筒式和箱式兩種，通常采用箱式結(jié)構(gòu)。

雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)的激振器傳動(dòng)方式有二種：

（1）三角膠帶傳動(dòng) 電動(dòng)機(jī)經(jīng)三角膠帶帶動(dòng)激振軸或獨(dú)立結(jié)構(gòu)的激振器，其缺點(diǎn)是膠帶磨損大，易脫槽，為此曾將電動(dòng)機(jī)裝在浮動(dòng)式底座上，但效果并不理想。

（2）撓性聯(lián)軸器傳動(dòng) 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易，對(duì)于雙軸激振器由兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)自同步驅(qū)動(dòng)更為有利，可省去齒輪，不需稀油潤(rùn)滑，軸承易于密封。為提高落砂機(jī)的穩(wěn)定性，還可加大激振軸間距離。

1.1.2 振動(dòng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)

振動(dòng)電機(jī)的應(yīng)用方式是在電動(dòng)機(jī)軸上裝偏心塊，將驅(qū)動(dòng)裝置與激振器合二為一。用振動(dòng)電機(jī)作為落砂機(jī)的激振源時(shí)，既可單臺(tái)激振，又可作兩臺(tái)或多臺(tái)自同步激振。該方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布置靈活，使用起來(lái)很是方便。

由于以前大功率振動(dòng)電機(jī)工作不是很穩(wěn)定，我們?cè)O(shè)計(jì)的大功率慣性振動(dòng)落砂機(jī)一般采用普通電機(jī)、聯(lián)軸節(jié)加激振器的方式，激振器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，提高了制造難度和加工成本。近年來(lái)隨著振動(dòng)電機(jī)的飛速發(fā)展，國(guó)產(chǎn)大功率振動(dòng)電機(jī)的工作性能逐步穩(wěn)定，使用振動(dòng)電機(jī)作為慣性振動(dòng)落砂機(jī)的動(dòng)力源已經(jīng)越來(lái)越廣泛。

1.2 柵格

柵格結(jié)構(gòu)對(duì)落砂效率、砂塊破碎和鑄型的輸送有較大影響。慣性振動(dòng)落砂輸送機(jī)上常用疏條狀柵格結(jié)構(gòu)，因其疏條的間距沿鑄型輸送方向擴(kuò)大，故不易卡住鑄件、澆冒口或其他碎鐵，有利于鑄型在柵格上暢通通行。疏條間距一般以不漏下澆冒口為宜，通常取30~50mm，間距沿鑄型輸送方向12′~24′的錐度擴(kuò)大。

以前常使用的疏條常為T字形斷面，但使用中發(fā)現(xiàn)錐形疏條狀柵格結(jié)構(gòu)對(duì)砂型的破碎不夠理想，并可能產(chǎn)生鑄件打滑現(xiàn)象，影響輸送速度。我們?cè)跒槟巢裼蜋C(jī)廠設(shè)計(jì)落砂機(jī)的時(shí)候，最先采用的就是上述的T字形斷面的疏條，但用戶反映有卡澆冒口的現(xiàn)象。我們經(jīng)過(guò)和廠里的技術(shù)人員討論，最終決定采用15kg/m輕軌做柵軌，傾角約1.96°，從而解決了卡澆冒口問(wèn)題。

1.3 支承彈簧

通常使用的有圓柱形壓縮彈簧和橡膠彈簧兩種。

圓柱形壓縮彈簧線性好，工作可靠，調(diào)試方便，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是橫向剛度小，柵床易產(chǎn)生橫向擺動(dòng)，工作有噪聲。我們目前通常使用的為橡膠受壓彈簧，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外形尺寸小，安裝和更換方便，使用壽命長(zhǎng)，沒(méi)有噪聲，特別是在過(guò)共振區(qū)時(shí)不產(chǎn)生大的振幅，適合于在共振區(qū)工作或頻率比大于1的遠(yuǎn)共振式落砂機(jī)上使用；其缺點(diǎn)是抗溫抗光性能差。橡膠受壓彈簧材料為邵氏55~70度的中硬橡膠。

2 振動(dòng)落砂機(jī)螺釘?shù)姆浪?/h2>

對(duì)于振動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，螺釘?shù)姆浪墒欠浅Ｖ匾摹８鶕?jù)螺釘位置的重要程度和維修的難易程度，我們采取了不同的措施。

激振器是整臺(tái)設(shè)備的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，動(dòng)力由電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸節(jié)傳遞到激振器的軸上，其上軸承蓋的防松就顯得很重要。目前廣泛應(yīng)用的振動(dòng)電機(jī)則是直接和落砂機(jī)的機(jī)體連接在一起，連接螺栓的防松是重點(diǎn)。我們以往通常采用特制螺栓，螺栓上鉆孔，安裝時(shí)所有連接螺栓按預(yù)定扭矩扳緊，并用開(kāi)口銷或止動(dòng)墊圈鎖定防松。隨著防松螺栓的出現(xiàn)，使用防松螺栓作為緊固件也不失為一個(gè)好的選擇。有時(shí)，我們也會(huì)采用螺栓上涂厭氧膠的做法，但這會(huì)給設(shè)備維修帶來(lái)麻煩，也算是魚(yú)和熊掌不可兼得的無(wú)奈之舉吧。

3 振動(dòng)落砂機(jī)的電機(jī)同步

雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)采用的是無(wú)強(qiáng)迫聯(lián)系型式，這就涉及到兩個(gè)電機(jī)的同步問(wèn)題。

無(wú)強(qiáng)迫聯(lián)系型式只有當(dāng)兩激振器嚴(yán)格按反向同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，才能保證兩激振軸的離心力在兩激振軸心線的平面內(nèi)相互抵消，在垂直兩激振軸心線的平面內(nèi)互相迭加。但是，由于兩個(gè)異步電機(jī)的機(jī)械特性不完全一致，加上傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的制造安裝誤差、外載沖擊、啟動(dòng)狀況等某些原因，使得兩激振軸轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬時(shí)位置并不對(duì)稱，而是存在一個(gè)相位角，兩激振軸的離心力就不能按上述規(guī)律抵消和迭加。由于雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)與支承彈簧為非剛性連接，在空間各向都能自由運(yùn)動(dòng)，且為異步電機(jī)傳動(dòng)，故出現(xiàn)相位角差后，兩激振軸所產(chǎn)生的角加速度將會(huì)不等，從而兩激振軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中相互追逐，直至消除相位角差，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同步旋轉(zhuǎn)。

要兩激振軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中盡快消除相位角差，則激振頻率應(yīng)大，振動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量對(duì)重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有效。一般要求具備ω＞2ωp的條件（其中ωp為落砂機(jī)柵床的自由振動(dòng)的圓頻率）。柵床長(zhǎng)度不應(yīng)過(guò)大，在6m內(nèi)為宜。同時(shí)作用于兩激振軸的外力矩誤差值應(yīng)盡量小，即應(yīng)力求兩個(gè)異步電機(jī)的機(jī)械特性一致，兩激振軸的摩擦阻力要小，應(yīng)盡量一致，這是結(jié)構(gòu)上能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)同步的關(guān)鍵。

另外，為減少對(duì)兩激振軸自動(dòng)追隨同步的影響，應(yīng)選用大游隙的軸承。

4 振動(dòng)設(shè)備的中心位置

由于前后兩彈簧支座所受的靜載荷往往并不相等，應(yīng)當(dāng)使彈簧支座的彈簧剛度與其所受的靜載荷相適應(yīng)，即受載荷大的彈簧支座，其彈簧根數(shù)也應(yīng)相應(yīng)增多，使落砂機(jī)每根彈簧的靜變形相同。這也是使柵床各處振幅與輸送速度均勻所必須的。

5 雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)的停止

由于慣性振動(dòng)落砂機(jī)的特性，其在工作完畢設(shè)備停止時(shí)，機(jī)體振動(dòng)會(huì)通過(guò)共振區(qū)，為減少共振對(duì)設(shè)備造成的損害，就要采取措施使其快速通過(guò)共振區(qū)。由于激振動(dòng)力通常都沒(méi)有制動(dòng)裝置，為實(shí)現(xiàn)快速停機(jī)，我們通常使用電機(jī)反接制動(dòng)的方式來(lái)保證。

6 結(jié)語(yǔ)

雙軸慣性振動(dòng)落砂機(jī)的運(yùn)用，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)率。隨著科技的發(fā)展，會(huì)有越來(lái)越多的新技術(shù)被應(yīng)用到落砂機(jī)的設(shè)計(jì)上。作為設(shè)計(jì)人員，我們一直在致力于提高設(shè)備的先進(jìn)性和可靠性，為鑄造生產(chǎn)提供更好的支持。

Summaration of the Design of a Double-Axis Inertia Vibrating Shake-out Machine

MA Ying，LI BaiQiang
(4th Design&Research Institute Machine Building Industry，Luoyang 471039，Henan China）

With summaration of the design of a double-axis inertia vibrating shake-out machine，its application has been introduced with brief description of its structure and characteristics.

double-axis inertia vibrating shake-out machine；Design

TG 231.7；

A

1006-9658（2011）01-2

2010－08－02

2010－118

馬穎（1978－），女，工程師，主要從事鑄造設(shè)備設(shè)計(jì)研究