鑄造生產用大型振動落砂機的研究和設計

吳 劍

（江陰智銘鑄造裝備應用技術設計室，江蘇 江陰 214400）

在大型鑄造生產中，利用雙質體振動落砂機來實現對鑄件脫箱、舊砂的處理日益普遍。隨著振動機械技術水平、使用壽命的不斷提高和改良，也越來越得到廣泛的應用。

在鑄造生產上，落砂工步如果有一個環保型的振動落砂機，則對脫箱回用、舊砂再生，起到事半功倍的效果。

本文對鑄造生產應用的雙質體振動落砂機進行技術論述和探討。其目的是充分利用振動機理和特性，發揮振動機械的優勢，向環保型產品轉型，為鑄造生產服務，實現和諧、環保的生產環境理念。

推廣應用大型雙質體振動落砂機，有利于大型鑄件的生產，也有利于鑄造大國向鑄造強國的發展。

對大型雙質體振動落砂機的開發研究，是對主要技術參數進行系列化、規范化，以獲得選用的合理性。對大型雙質體振動落砂機的改良設計，是對振動載體結構的優化設計，合理選用振動系數，達到方案的最佳性。

同時結合生產制造和使用中出現的問題，進行分析研究，完善設計，改進工藝措施，以避免生產過程中出現重復錯誤。

雙質體振動落砂機是近年來發展應用較多的一種新型振動落砂機，同單質體落砂機相比，具有適應鑄件噸位大、振動噪音低、振動幅度相對穩定，而且對土建基礎的動載影響相對較小的特點。采用振動電機激振的雙質體振動落砂機，簡化了結構設計和制造的難度。

隨著熱處理工藝措施的改進提高，對焊接整體進行熱處理回火，以變得成熟便利，使鋼結構焊接形式的振動載體在使用壽命上相應得到提高。

1 結構形式與參數分析

雙質體振動落砂機的形式，按激振彈簧的安裝方式可分為拉桿式和彈簧直聯式。

拉桿式（亦稱差動簧結構）是將落砂機上下質體通過拉桿將兩個壓縮彈簧預壓在一起，工作時利用其兩個彈簧的總剛度。當改變彈簧數量時，可改變振動系統的總剛度。

彈簧直聯式（亦稱收頭簧結構）是直接利用彈簧和螺栓緊固件將上下質體連接在一起，工作時利用其彈簧受力分布的均衡，實現振動系統總剛度的受力平衡。當改變了彈簧的數量，振動系統總剛度也隨之改變。

上述兩種形式的落砂機，均有產品在鑄造生產線上應用。我們分別進行了技術跟蹤及調查。二者均存在有不同程度的設計缺陷。

圖1 雙質體振動落砂機結構簡圖

拉桿式振動落砂機，振動強度大，激振彈簧的總剛度不能滿足上質體振動強度，則出現彈簧斷裂、拉桿斷裂的現象。而且工作時的噪音相對也大。彈簧直聯式落砂機，激振彈簧也經常出現斷裂現象，這主要是由于落砂機載荷分布不均，在振動強度較大的情況下，彈簧受大幅變載荷出現的斷裂。我們針對斷裂截面進行分析比較，大多數是受交變應力造成的。

根據在采集的信息，進一步對各種因素產生的結果進行相關技術參數的驗算，主要有以下幾個內容：

1）對激振彈簧不同材質分別進行剛度計算，校核總剛度的受力分布情況，以合理選用激振彈簧；2）驗算直聯式落砂機上下質體的質量比和彈簧分布面積，以控制上下質體的振動平衡；3）驗算直聯式落砂機振動頻率與總質量、總剛度的關系，以避免頻繁的變頻調試；4）當上質體是較大臺面時，應考慮采用減壓支承彈簧，或采用彈性阻尼器，以避免較大的水平振幅出現；5）用振動力學模型進一步計算不同條件下的振幅、頻率比，以避免出現共振；6）合理選擇振動臺面的長寬比例關系，避免出現較大長方形臺面尺寸；7）對減振彈簧剛度計算，取值應適當放寬，對出現超載、偏載的工況有利。

通過上述多方面的分析，對雙質體振動落砂機的結構形式，采用直聯式激振彈簧的性能更為合理。更便于設計、安裝、調試。用戶反映：使用方便。采用拉桿式振動落砂機，如果對激振彈簧進行合理計算，也能滿足中小型鑄件的落砂。而對大型鑄件的落砂不宜采用拉桿式振動落砂機。

直聯式雙質體振動落砂機的結構，主要由上質體、下質體、激振彈簧（收頭簧結構）、減振彈簧（平頭壓縮彈簧）、振動電機、機座和柵孔板組成，如圖1。

2 直聯式雙體振動落砂機主要技術特征和工作原理

直聯式雙質體振動落砂機（以下簡稱落砂機）的上質體是振動主體，直接參與振動落砂。潰散的砂塊通過柵孔板下落到下道工序。二臺同極的振動電機分別安裝在下質體的二側，作相向旋轉運動，產生的振動加速度形成線性慣性振動。上下質體之間通過激振彈簧和螺栓緊固件直接緊固連接。上下質體的總重量全部由減振彈簧支承，連接到機座上，機座同土建基礎連接構成固定機架。

這種類型的落砂機，可滿足大載荷的鑄型落砂，其振動機理是充分利用了振動激振的慣性力和彈性力的合成，形成有效的振動沖擊對鑄型實現落砂破碎。體現了利用有限的激振源，達到最大化的激振沖擊能力。即符合了能耗低的觀點。該落砂機空載時的振動噪音低于80dB。負載時的振動幅度相對穩定。所以說是一種比較理想的、環保型的振動設備。有利于推廣應用。

3 相關技術參數

研究和開發設計適合大型鑄件落砂的產品，合理選用技術參數、振動系數是關鍵。

我們結合生產使用情況的第一手資料和國外相關產品的技術參數，對相關雙質體振動落砂機主要技術參數進行相應的技術研究，并探討向大載荷的落砂機產品發展。以滿足日益發展的大型鑄件生產要求。在此不介紹很深的理論計算，只求設計合理、生產耐用。

4 對發展的展望

我們探索雙質體振動落砂機在控制方面有新的拓展，設想從改善砂處理落砂工步的工況，從操作環境入手，試圖采用遠程監控技術、物聯網系統的傳感智能控制技術，來實現砂處理落砂工步的環境改善，達到生產環境人機和諧的新應用技術。

分析研究和開發設計鑄造實用振動機械產品，是適應和滿足現階段大規模的鑄造生產發展和大型鑄件的工藝要求。也是適應“十二五”鑄造裝備發展規劃要求。所以大型振動機械產品的發展，具有良好的市場前景。希望鑄造、鑄造裝備同仁共同努力開創未來。

［1］吳劍.鑄造振動機械設計與應用［M］.北京：化學工業出版社,2008.

［2］吳劍.鑄造生產中鑄造裝備應用物聯網系統的可行性分析［J］.鑄造設備與工藝,2010（4）：7-9.