水泥膠砂振動臺振幅調(diào)整近似公式的推導與驗證

李向明，劉健楠，劉向陽，張紅波

1 前言

水泥膠砂強度是重要的水泥性能指標，GB/T 17671-1999 水泥膠砂強度試驗方法規(guī)定，水泥膠砂的基準成型設備為水泥膠砂振動臺，振幅為（0.75±0.02）mm 的水泥膠砂振動臺為水泥膠砂試體成型的代用設備。水泥膠砂振動臺以其噪聲小、工作效率高、水泥強度穩(wěn)定等優(yōu)點，廣泛應用于水泥廠、建筑施工單位、混凝土攪拌站、大專院校和科研單位有關實驗室，是評定和控制水泥質(zhì)量的專用設備之一。

水泥膠砂振動臺的工作原理為電機旋轉(zhuǎn)帶動偏重輪一起旋轉(zhuǎn)，由于偏重輪的重心與轉(zhuǎn)動軸不同心，產(chǎn)生偏心動力矩，激發(fā)臺面振動；支撐彈簧中間的拉桿限制了水平方向的振動，因此該設備振動部分主要沿垂直方向上下振動。振動臺的振動頻率就是電機的轉(zhuǎn)速，振幅大小主要由偏心矩及振動部分的總質(zhì)量等因素決定。

當水泥膠砂振動臺振幅偏離（0.75±0.02）mm時，一般以6 個振子質(zhì)量的調(diào)整來調(diào)試設備的振幅。本文通過振幅的計算公式，推導出振幅與振子的經(jīng)驗系數(shù)，供有關人員在工作中參考。

2 水泥膠砂振動臺振幅與振子的公式推導過程

《GZ-85型水泥膠砂振動臺振動原理及振幅的計算》一文[1]中提到水泥膠砂振動臺振幅計算過程如下：

式中：

B——振幅（最大值），mm

P——干擾力的最大值，N

M——振動臺所有振動部分的質(zhì)量，kg

ω——角速度，rad/s

干擾力的最大值P由式（2）計算而得：

式中：

P——干擾力的最大值，N

m——單個振子的質(zhì)量，kg

e質(zhì)——3個振子的質(zhì)心偏心距，m

k由式（3）計算而得：

式中：

C——彈簧的剛度（上部4個，下部4個），N/m，

其中：C上=1 618N/m，C下=2 913N/m

M——振動臺所有振動部分的質(zhì)量，kg

因為彈簧上下剛度不同，所以

根據(jù)《GZ-85型水泥膠砂振動臺振動原理及振幅的計算》一文[1]中提到的水泥膠砂振動臺振幅計算過程及設備說明書提供的參數(shù)：

電機的轉(zhuǎn)速為2 800r/min，則ω=2 800×π/30=93.33π（rad/s）。

M=32kg，C上=4×1 618N/m，C下=4×2 913N/m，e質(zhì)=0.033 33m，ω=93.33π（rad/s），將以上數(shù)值代入上式中，得：

式中：

m——單個振子的質(zhì)量，g

B——水泥膠砂振動臺的振幅，mm

13——振幅與振子之間的經(jīng)驗系數(shù)

式（5）為水泥膠砂振動臺振幅與振子質(zhì)量關系的經(jīng)驗公式。

因此：

式中：

ΔB——振幅變化，mm

Δm——單個振子質(zhì)量變化，g

在實踐中，由于現(xiàn)場條件所限，振子質(zhì)量的變化多以增減墊片的質(zhì)量來實現(xiàn)。因此，式（6）對我們實際操作更具有指導意義。

3 實踐驗證

（1）用水泥軟練設備測量儀測得初始振幅為0.786mm，目標振幅為0.750mm，沒有相關計算公式時，振子質(zhì)量變化調(diào)整采用對半估計法，本例通過2次振子調(diào)整實現(xiàn)。第一次，6個振子減重23.3g，平均每個振子減重3.88g，振幅從0.786mm 調(diào)整至0.724mm；第二次，6 個振子共增加9.8g，平均每個振子增加1.63g，振幅從0.724mm 調(diào)整至0.749mm；完成目標振幅的調(diào)整。過程列表分析見表2。

表1 振子質(zhì)量變化與振幅變化關系表

表2 通過振子質(zhì)量調(diào)整振幅實際操作結(jié)果與使用公式（6）計算結(jié)果的誤差比較

本例中如果使用公式（6），可查表1。振幅從0.786mm調(diào)整至0.75mm，振幅變化約0.03mm，查得0.03-13.8，即6 個振子共需要減質(zhì)量13.8g，與實際操作基本吻合，使用表1即可一次完成振幅調(diào)整目標。

（2）以水泥軟練設備測量儀測得初始振幅為0.87mm，若要將振幅調(diào)整至0.83mm，一共需要減少振子多少克？查表1可知，0.04-18.4，即6個振子共需要減質(zhì)量18.4g。

實際操作過程：將每個振子的墊片拆下來，共減質(zhì)量18.67g后，用水泥軟練設備測量儀測得振幅0.83mm，無需再次調(diào)整。

從以上實際操作過程看，該振幅變化系數(shù)及表1對實際操作有很好的指導作用。