可變自由度并聯振動篩的設計?

常 娟，王成軍，胡志斌，韓董董，陳 蕾

（1.安徽理工大學 機械工程學院，安徽 淮南 232001；2.鹽城工學院 機械工程學院，江蘇 鹽城224001；3.濟南時代新紀元科技有限公司，山東 濟南 250022）

0 引言

現有振動篩單位時間內的實際篩分效率較低，篩面上的物料分散度不高、分布不均、透篩效果差，且對于潮濕細顆粒級黏性物料等難篩分物料的篩分效果一直不理想，篩孔容易被堵塞，通過提高振動篩振動強度的處理辦法常又容易受到篩箱剛度的限制。此外，現有振動篩的振動自由度較少，多是1～2個自由度且自由度固定，對篩分對象的適應性較差［1－3］。針對此，本文設計了一種可變自由度并聯振動篩。

1 可變自由度并聯振動篩的結構特點

可變自由度振動篩的整體結構如圖1所示，包括支撐架1、篩體2、彈簧3、傾角調節器4、振動料斗5、回轉銷軸組件6、可變振動鏈7和中位振動鏈8，可變振動鏈和兩條中位振動鏈并聯連接在篩體與支撐架之間構成一個三支鏈的并聯振動篩，可變振動鏈和兩條中位振動鏈所組成的并聯機構構成并聯振動篩的激振機構。中位振動鏈可以為繞平行于篩體長度和寬度方向軸線的兩個轉動提供動力，可變振動鏈有兩種布置方案，可實現三種基本拓撲結構類型，可以使篩體最多產生兩個平移三個轉動共五個自由度的振動。

2 振動篩主要組件

支撐架包括底座101、立柱102、橫梁103、縱梁104和連接梁105。如圖2所示，傾角調節器安裝在支撐架的縱梁上，用于調節篩體的傾角，由承力絲杠401、下定位螺母402、上定位螺母403和鎖緊螺母404組成，在承力絲杠的下端設有彈簧連接孔，下定位螺母和上定位螺母將承力絲杠固定在支撐架的縱梁上，起防松和鎖緊作用的鎖緊螺母位于上定位螺母的上方，彈簧的上端懸掛在傾角調節器上，彈簧的下端與篩體相連接。如圖3所示，篩體包括篩框201、支撐梁202、吊環203和篩網204。如圖4所示，回轉銷軸組件包括回轉銷軸601和銷軸定位帽602，回轉銷軸的一端設有螺紋孔，其另一端設有擋邊法蘭，且在擋邊法蘭上設有螺釘連接孔。如圖5所示，可變振動鏈位于篩體的頭部，用于使篩體最多產生水平面內的兩個移動和空間三個轉動共五個自由度的振動，且篩體的這五個自由度將隨著可變振動鏈拓撲結構的改變而發生變化，可變振動鏈的一端通過回轉銷軸組件與篩體相連接，另一端安裝在支撐架的立柱上。如圖6所示，中位振動鏈由上球鉸801、中位移動副單元802和下球鉸803組成，中位移動副單元的兩端分別與上球鉸、下球鉸固連，中位移動副單元中的移動副為驅動副且具有直線往復運動功能，可采用電動推桿、液壓缸、氣缸或直線電機中的一種［4－5］。

3 振動篩工作原理及過程

該可變自由度并聯振動篩有兩種布置方案，可實現三種基本拓撲結構類型，主要通過改變可變振動鏈的布置和振動源來實現。

3.1 方案a

如圖5所示，可變振動鏈由L型連接座701、第一轉動副702、第一可調移動副單元703、第二轉動副704、連桿705、第三轉動副706、回轉座707、第四轉動副708、第二可調移動副單元709、第五轉動副710、第六轉動副711、變位調節裝置712和尾擺驅動裝置713組成。其中L型連接座固定安裝在支撐架頭部的立柱上，在L型連接座的水平板上設有長腰形滑移孔，變位調節裝置和尾擺驅動裝置通過螺栓固定安裝在L型連接座上；變位調節裝置用于調節可變振動鏈的拓撲結構和運動自由度，進而改變篩體的振動自由度；尾擺驅動裝置包括擺動電機7131、擺動減速器7132和右墊塊7133，用于實現篩體繞垂直軸的擺動；第一轉動副、第二轉動副、第四轉動副和第五轉動副的軸線相互平行，第三轉動副的軸線垂直于第二轉動副的軸線，第六轉動副的軸線同時垂直于第二轉動副、第三轉動副的軸線；第一轉動副和第一可調移動副單元、第二可調移動副單元中的移動副為驅動副。第一可調移動副單元和第二可調移動副單元具有直線往復運動功能，可采用電動推桿、液壓缸、氣缸或直線電機中的一種。該方案中的變位調節裝置包括調位電機7121、調位減速器7122、絲杠7123、滑塊7124、軸承座7125、左墊塊7126。

圖1 可變自由度振動篩整體結構圖

圖2 傾角調節器

圖3 篩體

圖4 回轉銷軸組件

圖5 可變振動鏈

該方案的拓撲結構包括 HSOC｛－◇（P（4R－2P），P（4R－2P）⊥R（4R－2P）－R⊥R－｝、HSOC｛－ ◇（P（4R））－R⊥R－｝兩種基本結構類型，如圖7所示。其中，HSOC表示混合單開鏈，符號◇表示平面內，符號⊥表示垂直，符號P表示移動副，符號R表示轉動副。當左墊塊的位置位于如圖5所示的長腰形滑移孔的左端時，其拓撲結構為 HSOC｛－◇（P（4R－2P），P（4R－2P）⊥R（4R－2P）－R⊥R－｝（如圖7（a）所示），具有兩個移動三個轉動共五個自由度，相應的篩體也具有兩個移動三個轉動共五個運動自由度；當左墊塊位于如圖5所示的長腰形滑移孔的右端時，其拓撲結構為HSOC｛－◇（P（4R））－R⊥R－｝（如圖7（b）所示），具有一個移動兩個轉動共三個自由度，相應的篩體也具有一個移動兩個轉動共三個運動自由度。而且，實現HSOC｛－◇（P（4R））－R⊥R－｝結構時，需要使第一可調移動副單元和第二可調移動副單元保持等長度不變，并通過調節變位調節裝置使可變振動鏈上的L型連接座、第一可調移動副單元、連桿和第二可調移動副單元構成一個平行四邊形［6－8］。

3.2 方案b

如圖8（a）所示，可變振動鏈由L型連接座701、第一轉動副702、第一可調移動副單元703、第二轉動副704、連桿705、第三轉動副706、回轉座707、第四轉動副708、第二可調移動副單元709和第六轉動副710組成，且第一可調移動副單元、連桿和第二可調移動副單元構成一個三角形。L型連接座固定安裝在支撐架頭部的立柱上，在L型連接座水平板的中間位置設有長腰形滑移孔和圓形連接孔；第一轉動副、第二轉動副和第四轉動副的軸線相互平行，第三轉動副的軸線垂直于第二轉動副的軸線，第六轉動副的軸線同時垂直于第二轉動副和第三轉動副的軸線；第一可調移動副單元和第二可調移動副單元中的移動副為驅動副。第一可調移動副單元和第二可調移動副單元具有直線往復運動功能，可采用電動推桿、液壓缸、氣缸或直線電機中的一種。

圖6 中位振動鏈

圖7 方案a拓撲結構圖

該 方 案 的 拓 撲 結 構 為 HSOC｛－ ◇ （P（3R－2P），P（3R－2P）－R⊥R－｝（如圖8（b）所示），具有水平面內的兩個移動、繞平行于篩體長度和寬度方向軸線的兩個轉動共四個自由度，從而本方案的篩體具有兩個移動兩個轉動共四個運動自由度。

在方案a和方案b中，篩分作業時，都需要根據被篩分物料的不同篩分要求選擇相應的振動自由度數量和振動組合方案。位于篩體的下方兩側的中位振動鏈可以使篩體產生繞X軸和Y軸方向的兩個轉動，這兩個轉動的振動激勵由中位振動鏈上的主動副提供；而具有兩個移動三個轉動共五個自由度的可變振動鏈最多可以為篩體提供沿X、Y軸方向的兩個移動和繞Z軸的轉動共三個自由度的振動激勵，其振動源由第一可調移動副單元和第二可調移動副單元提供。篩體在各振動方向的振幅、頻率和激振力三個振動參數的調節分別通過調節產生相應振動方向的激振裝置的參數實現。

圖8 方案b結構圖和拓撲結構圖

4 結論

該可變自由度并聯振動篩的篩體在各振動方向的振幅、頻率以及篩面的傾角和總的振動自由度等參數均可調節，能克服現有振動篩的技術缺陷，對不同篩分物料的適應性強。其還具有結構簡單、質量穩定可靠、設備占用空間小、操作維護便捷易行等優點，可用于石油、煤炭、冶金、陶瓷、建材、化工、農業、糧食加工等行業的物料分級。

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