金剛石選形機振動的頻率和振動波形對選形效果的影響

樊 帆，于廣華，林 峰

(1.廣西柳州華地探礦機械廠，廣西柳州 545005;2.廣西超硬材料重點實驗室，廣西桂林 541004; 3.國家特種礦物材料工程技術研究中心，廣西桂林 541004)

金剛石選形機振動的頻率和振動波形對選形效果的影響

樊 帆1，于廣華1，林 峰2，3

(1.廣西柳州華地探礦機械廠，廣西柳州 545005;2.廣西超硬材料重點實驗室，廣西桂林 541004; 3.國家特種礦物材料工程技術研究中心，廣西桂林 541004)

金剛石分選是金剛石生產工藝中必不可少的一道工序。在金剛石選形過程中，金剛石的形狀、金剛石的粒度、分選盤的工作角度、分選盤的表面粗糙度、選形機的激振力大小、選形機工作部分的振動方向及選形動作是否流暢等因素對選形效果均有不同程度的影響。文章重點分析和研究了金剛石選形機在進行選形時不同的振動頻率和振動波形對金剛石選形效果的影響規律，結果表明:輸入電流的頻率和波形直接影響選形機的電磁激振力，其對選形效果產生比較大的影響。

頻率;波形;金剛石選形;選形效果

1 引 言

我國的人造金剛石產量現居世界首位，幾年前的年產量就已經突破150億克拉。金剛石分選是金剛石生產工藝中必不可少的一道工序，目前國內超硬材料行業普遍使用的金剛石選形機是一種基于電磁振動原理而研發出的針對物料形狀進行選別的專用設備，它利用電磁激振力的往復作用通過分選盤對盤面上的物料進行形狀選別，而在選形過程中，電磁激振力的大小、振動的方向、振動的頻率和波形等因素都會對選形效果產生很大的影響。本文擬分析和研究金剛石選形機在進行選形時不同的振動頻率和振動波形對金剛石選形效果的影響規律，通過對激振力的頻率、波形的調整和精確控制，實現提高金剛石選形質量的目的，為行業企業進行金剛石分選提供工藝參考。

2 實驗與結果

實驗一:使用設備為13斗選形機，以動圈式調壓器對輸入電流進行控制，輸入電壓220V、電流頻率為50Hz的交流電，用示波器顯示輸入電磁鐵的電流波形圖(見圖1);使用80～100目金剛石進行實驗選形;電磁激振力的振動頻率為100次/每秒。

圖1 動圈式調壓器控制未整流電流圖Fig.1 unrectified current graph controlled by moving-coil regulator

以上述條件進行金剛石分選試驗，然后從接料斗分別取樣品，在顯微鏡下觀察樣品的選形質量，記錄觀察結果見表1。

表1 直接交流電下選形鏡檢結果表(等積形顆粒百分含量)Table 1 sorting microscopic examination result under alternating current(percentage of equiareal particles)

實驗二:使用設備為13斗選形機，以動圈式調壓器對輸入電流進行控制，輸入電壓220V、電流頻率為50Hz的交流電，在調壓器輸出端接入一個單向二極管對電流進行整流，用示波器顯示輸入磁鐵的電流波形圖(見圖2);使用80～100目金剛石進行實驗選形，電磁激振力的振動頻率是50次/每秒。

以上述條件進行金剛石分選試驗，然后從接料斗分別取樣品，在顯微鏡下觀察樣品的選形質量，記錄觀察結果見表2。

圖2 動圈式調壓器控制整流后電流圖Fig.2 current graph controlled by moving-coil regulator after being rectified

表2 整流后選形鏡檢結果表(等積形顆粒百分含量)Table 2 sorting microscopic examination result after being rectified(percentage of equiareal particles)

實驗三:使用設備為13斗選形機，選擇輸入電壓220V、電流頻率是50Hz的交流電，用可控硅調壓器來調節輸入電流，在調壓器輸出端接入一個單向二極管對電流進行整流，用示波器顯示輸入電磁鐵的電流波形圖(見圖3)，使用80～100目的金剛石物料來實驗選形。電磁激振力的振動頻率是50次/每秒。

以上述條件進行金剛石分選試驗，然后從接料斗分別取樣品，在顯微鏡下觀察樣品的選形質量，記錄觀察結果見表3。

圖3 可控硅調壓器輸出電流圖Fig.3 output current graph by silicon controlled voltage regulator

表3 可控硅調壓器控制選形鏡檢結果(等積形顆粒百分含量)Table 3 sorting microscopic examination result by silicon controlled voltage regulator(percentage of equiareal particles)

3 結果分析

3.1 振動頻率對選形的影響

從實驗鏡檢結果表1、表2的對比來看，整流頻率降低一半時的選形效果(表2結果)明顯優于未整流頻率為交流電50Hz時的選形效果(表1結果)。

為什么金剛石選形機在交流電被整流、激振力的頻率降低一半時選形效果更好?筆者分析認為與其對分選盤的往復運動產生不同影響有關。從金剛石選形機主要工作部件分選部結構(如圖4所示)來看，給零件3振動器中的電磁鐵線圈接通電源，當電源電流通過電磁鐵線圈時，在鐵芯與線圈之間產生一對大小相等的脈沖電磁力相互吸引，鐵芯被吸引向右運動，這時連接鐵芯的零件1分選盤向右運動，而零件2板簧產生彈性形變，儲存勢能;當電流為零時，鐵芯被解吸，零件2板簧儲存的勢能釋放，鐵芯與銜鐵解吸被拉開回到初始位置，分選盤向左運動，完成一個工作行程。在交流電的作用下，振動器以電流的頻率帶動分選盤的往復運動，完成選形機分選部選形的過程。我們可以從圖1看到，直接通50Hz交流電時的電流在正波峰時鐵芯與線圈之間產生一對大小相等的脈沖電磁力相互吸引，零件2板簧產生彈性形變儲存勢能，行至π時，吸引力消失板簧儲存的勢能釋放，零件2板簧向左回復，繼續行至負波峰時鐵芯與線圈之間又產生一對大小相等的脈沖電磁力相互吸引，此時零件2板簧還沒回復到位又被吸引過來，導致分選盤左右運動距離小、頻率高，勢能不能完全釋放，電磁激振力弱，分選盤上物料受到的振動波就會形成相差一個π時間的兩個相互干涉的振波，使物料難以分離，出現混料現象，嚴重影響了選形效果。在實驗二中，我們通過增加一個單向二極管對電流整流降低了頻率，從圖2可以看到負向電流被阻斷，不能流入線圈，此時通過線圈的電流就被調整成間隔一個π時間的脈沖型電流。在正向電流時，零件2板簧儲存勢能，負向電流被阻斷，零件2板簧儲存的勢能釋放，板簧回復到位做功正常，傳遞給物料的振動波只有一個，物料分離順利，所以選形質量好。

圖4 金剛石選形機主要工作部件分選部結構圖Fig.4 structure chart of the main working parts of diamond sorting machine

3.2 振動波形對選形的影響

實驗三是我們通過前面兩個實驗后才決定做的實驗。前兩個實驗我們確定了通給電磁鐵的電流必須整流減少頻率才能有好的選形效果，同時我們又有動圈式調壓器太大要換體積小的調壓器的需求，所以我們換用體積小的可控硅調壓器來試驗。試驗中發現用可控硅調壓器時，示波器顯示的波形不是完整的正弦型波，在波峰處是呈鋸齒形的。

從鏡檢結果(表2、表3)的對比看到，波形完整的實驗二的選形效果更好，為什么呢?分析一下實驗三的選形機工作時電磁激振力的情況:從圖3看到波峰處呈鋸齒狀，此時通電線圈的電流強度是高低起伏的，鐵芯與線圈之間產生的脈沖電磁力也隨著忽大忽小，使之零件2板簧也隨著左右擺動，產生的電磁激振力在這個短時間內形成一個個沒有規律的波動，這些波動傳到物料后會產生相互干涉，因此，鋸齒狀波峰對分選動作而言，其實是一種干擾，其使得物料在分選盤面上呈不規則跳動，團聚的物料無法分離，導致物料混料現象嚴重，從而選形質量差。

4 結 論

在金剛石選形過程中，金剛石的形狀、金剛石的粒度、分選盤的工作角度、分選盤的表面粗糙度、選形機的激振力大小、選形機工作部分的振動方向及選形動作是否流暢等因素對選形效果均有不同程度的影響。輸入電流的頻率和波形直接影響選形機的電磁激振力，其對選形效果有比較大的影響，使用未經完整整流或整流波形受到影響的交流電作為選型機電源，分選盤的往復運動均會受到影響，導致團聚物料分離不充分或無法分離，嚴重影響分選效果。使用經過單向二極管整流后波形是完整的正弦型的交流電作為選型機電源，分選盤能進行正常的往復運動，使選形機分選部的選形動作順利完成，鏡檢結果表明可大大提升金剛石的分選效果。

［1］于廣華.淺析金剛石選形機振動結構對選形效果的影響［C］.第五屆鄭州國際超硬材料及制品研討會論文集，海洋出版社，2008.

［2］于月民，丁元柱.電磁振動給料機的振動分析［J］.煤礦機械，2000(12).

Influence of the Vibration Frequency and Vibration Waveform of Diamond Sorting Machine on Its Sorting Effectiveness

FAN Fan1，YU Guang-hua1，LIN Feng2，3
(1.Guangxi Liuzhou Huadi Prospecting Equipment Plant，Liuzhou，Guangxi，China 545005; 2.Guangxi Key Laboratory of Superhard Material，Guilin，Guangxi，China 541004; 3.National Engineering Research Center for Special Mineral Material，Guilin，Guangxi，China 541004)

Diamond sorting is an essential process in diamond production technology.In the diamond sorting process，many factors may affect the sorting results，for example，the shape and the grain size of diamonds，operating angle and surface roughness of the sorting plate，exciting force and vibration direction of the sorting machine as well as the operation smoothness.This article focuses on the analysis and study of the influence of the vibration frequency and the vibration waveform of the diamond sorting machine on the sorting effectiveness and draws a conclusion that the frequency and the waveform of the input current have direct influence on the exciting force of the sorting machine，and consequently have significant influence on sorting effectiveness.

frequency;waveform;diamond sorting;sorting effectiveness;

TQ164

A

1673－1433(2016)06－0030－04

2016－10－25

樊帆(1986－)，男，本科，助理工程師，機械設計制造及自動化專業，2009年開始從事選礦設備的開發設計和實驗研究，全程參與了柳州市科學研究與技術開發計劃項目(項目編號:2014H020402)“微米級金剛石選形關鍵技術的研究”課題。E-mail:514463486@qq.com。

樊帆，于廣華，林峰.金剛石選形機振動的頻率和振動波形對選形效果的影響［J］.超硬材料工程，2016，28(6):30-33.