DL2535.10變頻落砂機
非輸送式振動落砂機是單件多品種砂型鑄造生產(chǎn)過程中鑄件和型砂的分離設(shè)備。振動落砂設(shè)備有單質(zhì)體和雙質(zhì)體2種振動類別，大多數(shù)鑄造車間目前普遍采用的是單質(zhì)體振動落砂設(shè)備。單質(zhì)體振動落砂設(shè)備主要存在4個問題：(1)需要大功率振動電機進行激振。當(dāng)機器額定負(fù)載為20噸時，需要振動電機功率高達18×2千瓦；(2)振動電機直接和振動工作臺連接，在鑄件撞擊力和電機激振力合成作用下，機體焊接處易開裂；(3)主振彈簧直接和基礎(chǔ)連接，對基礎(chǔ)的沖擊大；(4)當(dāng)落砂溫度偏高時，砂斗的熱量傳導(dǎo)至電機，惡化電機工作狀態(tài)。
解決上述問題的有效途徑是采用雙質(zhì)體振動落砂機。雙質(zhì)體振動落砂機早已面市，但市場反映并不熱烈?！惰T造設(shè)備選用手冊》(機械工業(yè)出版社，1990)第242頁對雙質(zhì)體振動落砂機有評價，認(rèn)為“雙質(zhì)體振動落砂機存在相對單質(zhì)體落砂機撞擊力及落砂效率低些，所占空間高，參數(shù)調(diào)整較復(fù)雜等缺點"。用戶反映雙質(zhì)體振動落砂機生產(chǎn)效率不高，主振彈簧容易折斷。綜合兩方面的意見，推廣雙質(zhì)體振動落砂機需要解決4個問題：(1)生產(chǎn)效率問題，(2)主振彈簧易折斷問題，(3)降低設(shè)備高度問題，(4)現(xiàn)場調(diào)整困難問題。
DL2535.10變頻落砂機
一、關(guān)于生產(chǎn)效率問題
雙質(zhì)體振動落砂機有共振和非共振2種工作狀態(tài)。根據(jù)筆者的實驗研究，認(rèn)為當(dāng)雙質(zhì)體振動落砂設(shè)備在非共振狀態(tài)運行時，生產(chǎn)效率明顯低于單質(zhì)體，但當(dāng)進入共振狀態(tài)時，生產(chǎn)效率明顯高于單質(zhì)體。還有，雙質(zhì)體振動落砂機在共振狀態(tài)下運行，電機功率僅需單質(zhì)體的30%。再有，單質(zhì)體對于20噸以下的小噸位負(fù)載還能湊合使用，對于20噸以上的大噸位就不堪勝任，共振態(tài)雙質(zhì)體振動落砂機則額定負(fù)載越大比較優(yōu)勢越明顯。在節(jié)能高效大噸位的市場需求面前，共振態(tài)雙質(zhì)體振動落砂機應(yīng)該得到青睞。
研制共振態(tài)雙質(zhì)體振動落砂機，必須認(rèn)識到雙質(zhì)體振動落砂機的工作特性具有以下2個顯著特點：(1)負(fù)載和落砂機臺面的重量比特別大。負(fù)載和落砂機臺面的重量比一般為2.O左右；(2)負(fù)載的變化范圍特別大。振動落砂機屬于間歇作業(yè)設(shè)備，負(fù)載的變化范圍是0到額定負(fù)載之間。
由于存在上述這兩個工作特性，研制共振態(tài)雙質(zhì)體振動落砂機必須解決以下2個問題：(1)在空載運行時的振幅穩(wěn)定性問題。振動機械在共振狀態(tài)運行，振幅對阻尼的變化很敏感。負(fù)載的變化意味著阻尼的變化，空載時，振動落砂機阻尼很小，若不采取必要的技術(shù)措施，振幅將極不穩(wěn)定，理論分析表明，當(dāng)阻尼接近0時，振幅趨向無窮大；(2)負(fù)載變化時共振狀態(tài)的穩(wěn)定性問題。負(fù)載變化導(dǎo)致結(jié)合質(zhì)量和阻尼發(fā)生變化，導(dǎo)致落砂機固有頻率被改變，如果結(jié)合質(zhì)量和阻尼變化引起固有頻率改變值比較大，雙質(zhì)體振動落砂機就不能保持穩(wěn)定的共振狀態(tài)。
到目前為止，主要有3種類型的雙質(zhì)體振動落砂機面市：(1)采用差動彈簧結(jié)構(gòu)的雙質(zhì)體振動落砂機(以下簡稱差動彈簧落砂機)；(2)采用既可拉伸又可壓縮的彈簧作主振彈簧的雙質(zhì)體振動落砂機(以下簡稱拉壓彈簧落砂機)：(3)采用變頻控制的雙質(zhì)體振動落砂機(以下簡稱變頻落砂機)。
在上述3種落砂機中，差動彈簧落砂機面市較早，*較高，已成為雙質(zhì)體振動落砂機的代表產(chǎn)品。差動彈簧落砂機結(jié)構(gòu)可參閱《鑄造設(shè)備選用手冊》。差動彈簧落砂機的特征是差動彈簧組。差動彈簧組由數(shù)十根差動彈簧并聯(lián)而成。差動彈簧的結(jié)構(gòu)是在1根螺桿上套2個彈簧，2個彈簧之間用1個套筒擋圈隔開，套筒擋圈和落砂機工作臺面固結(jié)。差動彈簧垂直放置，套筒擋圈下部的彈簧起主振彈簧作用，套筒擋圈上部的彈簧起阻尼彈簧作用。采用差動彈簧組的目的是控制主振彈簧的振幅，其作用機理可被描述為：主振彈簧變形量和載荷大小有關(guān)，載荷小，主振彈簧占用較大的螺栓長度，在螺栓定位長度不變的情況下，
擠占阻尼彈簧長度空間，使阻尼彈簧承壓并產(chǎn)生較大的阻礙主振彈簧繼續(xù)伸長的阻力；當(dāng)載荷大時，主振彈簧占用較小的螺栓長度，阻尼彈簧產(chǎn)生較小的阻礙主振彈簧繼續(xù)伸長的阻力。阻尼彈簧隨載荷大小的變化而變化的阻力控制和穩(wěn)定工作臺面的振幅。差動彈簧落砂機很難成為共振態(tài)雙質(zhì)體振動落砂機，原因是：(1)設(shè)計共振態(tài)雙質(zhì)體振動落砂機必須計算落砂機的固有頻率，固有頻率和差動彈簧的剛度及阻尼有關(guān)，而差動彈簧的剛度和阻尼又和螺栓螺母的預(yù)緊力有關(guān)，因此，固有頻率計算有難度，現(xiàn)場調(diào)試也有難度；(2)差動彈簧在套筒擋圈處有碰撞現(xiàn)象，如進入共振狀態(tài)，碰撞現(xiàn)象將更嚴(yán)重；(3)差動彈簧控制的是主振彈簧的振幅，隔振彈簧不在控制范圍內(nèi)，用matlab仿真可以顯示，在共振情況下，在阻尼很小時(相當(dāng)于空載情況)，主振彈簧的振幅趨向無窮大，隔振彈簧的振幅也趨向無窮大。由于上述3個方面的原因，差動彈簧落砂機一般不被設(shè)計成為共振態(tài)落砂機。
拉壓彈簧落砂機是差動彈簧落砂機的改進型。拉壓彈簧替代差動彈簧有2點好處：(1)拉壓彈簧具有確定的剛度值，使固有頻率計算很方便，調(diào)試也很方便；(2)拉壓彈簧上下端面被螺栓緊固，消除了撞擊想象。拉壓彈簧控制和穩(wěn)定振幅的機理可被描述為：拉壓彈簧在高度方向存在振幅平衡位置和拉壓特性轉(zhuǎn)換位置，當(dāng)工作臺面在慣性作用下進入主振彈簧拉力區(qū)，主振彈簧的拉力阻礙工作臺面繼續(xù)向上位移。拉壓彈簧落砂機可被設(shè)計成為近共振態(tài)落砂機，其落砂效果和節(jié)電效果明顯優(yōu)于差動彈簧落砂機。需要指出的是，拉壓彈簧落砂機還不能成為完整意義上的共振態(tài)落砂機，因為負(fù)載變化導(dǎo)致結(jié)合質(zhì)量和阻尼發(fā)生變化，導(dǎo)
致落砂機固有頻率被改變，即使拉壓彈簧落砂機被設(shè)計成為共振態(tài)落砂機，共振狀態(tài)也不能被保持。
變頻落砂機是拉壓彈簧落砂機的改進型。在拉壓彈簧落砂機上增加振幅測量測控系統(tǒng)和振動電機變頻器就被升級成為變頻落砂機。變頻落砂機的運行機理是：用振幅測量儀對工作臺面進行振幅實時測量，當(dāng)振幅偏大時，改變電機轉(zhuǎn)速，使電機轉(zhuǎn)速偏離振動落砂機主振型固有頻率，使振幅變??；當(dāng)振幅偏小時，改變電機轉(zhuǎn)速，使電機轉(zhuǎn)速接近振動落砂機主振型固有頻率，電機轉(zhuǎn)速接近振動落砂機主振型固有頻率將使落砂機的振幅變大。變頻落砂機是共振態(tài)落砂機，落砂效果和節(jié)電效果可以達到理想化的水平。但是，變頻落砂機大幅度增加制造成本，增加機器的復(fù)雜性，增加維修保養(yǎng)的技術(shù)難度。
二、關(guān)于主振彈簧易折斷問題
雙質(zhì)體落砂機的主振彈簧易折斷原因有：l、彈簧疲勞強度計算表明，彈簧的工作狀況可用zui大工作應(yīng)力和zui小工作應(yīng)力的差值來表示，差值越大，工作狀況越差，越需要大的安全系數(shù)。雙質(zhì)體振動落砂機的工作臺面和振動體處于相對運動狀態(tài)，工作臺面的動能和振動體的功能幾乎同時作用于主振彈簧，轉(zhuǎn)化為主振彈簧的勢能，主振彈簧獲得勢能后又同
時向工作臺面和振動體釋放勢能。所以，主振彈簧的工作狀況明顯差于隔振彈簧，在設(shè)計時如采用同樣的安全系數(shù)，往往主振彈簧易折斷，而隔振彈簧則一般不會被折斷。2、如果雙質(zhì)體振動落砂機采用差動彈簧結(jié)構(gòu)，差動彈簧和主振彈簧之間進行勢能傳遞，勢能傳遞遇到?jīng)_擊，將瞬間增加主振彈簧的zui大工作應(yīng)力和zui小工作應(yīng)力的差值，進一步惡化了主振彈簧的工作狀況。解決主振彈簧易折斷的主要途徑是增加主振彈簧的安全系數(shù)。
三、關(guān)于降低設(shè)備高度問題
這是差動彈簧落砂機的*問題，對于其他落砂機而言，由于集砂斗放斜度需要一定的高度，該高度一般能滿足振動體安裝所需要的尺寸。
四、關(guān)于現(xiàn)場調(diào)整困難問題
這也是差動彈簧落砂機的*問題，且無解。筆者發(fā)明了一種負(fù)載變化自適應(yīng)的雙質(zhì)體振動落砂機(以下簡稱自適應(yīng)落砂機)。自適應(yīng)落砂機是完整意義上的共振態(tài)落砂機，其結(jié)構(gòu)是在拉壓彈簧落砂機上，在落砂機臺面和基座之間連接1組拉壓彈簧，對增加的這組拉壓彈簧筆者稱之為補償彈簧，補償彈簧的作用是：當(dāng)機器靜態(tài)空載時，主振彈簧和隔振彈簧靜
態(tài)變形小，補償彈簧處于拉伸狀態(tài)，起拉簧作用；當(dāng)靜態(tài)負(fù)載時，主振彈簧和隔振彈簧靜態(tài)變形大，補償彈簧起壓簧作用；機器空載被激振時，上振幅偏大，補償彈簧補償阻尼，下振幅偏大，補償彈簧補償剛度；機器負(fù)載被激振時，補償彈簧始終補償剛度。補償彈簧補償剛度，可以抵消由于結(jié)合質(zhì)量增加而引起的固有頻率下移，因此無論是空載還是滿負(fù)荷，補償彈簧都能使機器保持相對穩(wěn)定的振幅，并在額定負(fù)載變化范圍內(nèi)保持固有頻率和電機頻率基本相*。
還需要指出的是，差動彈簧落砂機、拉壓彈簧落砂機和變頻落砂機所采取的控制和穩(wěn)定振幅的措施只指向主振彈簧，并不包括隔振彈簧，自適應(yīng)落砂機穩(wěn)定振幅的措施既管主振彈簧又管隔振彈簧，使振動系統(tǒng)具有整體的自適應(yīng)性。采用“自適應(yīng)"這一技術(shù)術(shù)語是因為自適應(yīng)落砂機是根據(jù)控制理論設(shè)計的，補償彈簧就是雙質(zhì)體振動系統(tǒng)的負(fù)反饋回路。
經(jīng)過多年修改和完善，自適應(yīng)落砂機已具備下列優(yōu)良特性：
1、自適應(yīng)落砂機在O到額定負(fù)載之間都能保持穩(wěn)定的共振態(tài)(在現(xiàn)場，共振態(tài)和非共振態(tài)有明顯區(qū)別)，生產(chǎn)效率明顯優(yōu)于單質(zhì)體振動機械，可與變頻落砂機媲美；
2、電機功率僅需單質(zhì)體振動落砂機的30%左右，節(jié)電效果非常明顯；由于大幅度降低電機功率，大噸位落砂機不再成為問題。根據(jù)振動電機的樣本數(shù)據(jù)，大的振動電機額定功率己達29千瓦，用zui大的振動電機驅(qū)動zui大的落砂機，該落砂機的負(fù)載能力至少可達80噸。
3、落砂機工作臺面采用框架式大剛度結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡明厚實，承載能力強，耐磨耐用。主振彈簧連接板和補償彈簧連接板被設(shè)計為雙層結(jié)構(gòu)，使主振彈簧和補償彈簧具有比較充裕的安裝面積，便于主振彈簧和補償彈簧提高安全系數(shù)。
4、機體焊接處不易振裂?，F(xiàn)代仿真技術(shù)顯示，振動機械在共振狀態(tài)運行時，激振能量幾乎全部集中在彈簧上并通過彈簧進行能量轉(zhuǎn)換，如果偏離共振狀態(tài)，一部分能量將耗散在結(jié)構(gòu)件上致使結(jié)構(gòu)件開裂；另外，雙質(zhì)體振動落砂機振動電機安裝在振動體上，不和振動工作臺連接，從而消除了鑄件撞擊力和電機激振力的合成作用；
5、熱砂的熱量不直接傳導(dǎo)至電機，電機的工作條件明顯改善；
6、落砂機可以在無基礎(chǔ)情況下空載運行，運行時基座無位移，周圍幾乎無震感，對基礎(chǔ)的要求類似于機床的基礎(chǔ)要求；
7、振幅可通過改變振動電機偏心塊的角度而得到有效調(diào)整；
8、落砂機臺面和低坑沿口的接口采用方茶壺口式的特殊結(jié)構(gòu)，無須橡膠擋砂板，散落砂不會落進地坑。
9、20噸以下的落砂機可被設(shè)計成為側(cè)部出砂。
10、地坑深度淺，20噸側(cè)部出砂的落砂機地坑深度僅需1800。
筆者研制的規(guī)格系列產(chǎn)品見下表，非規(guī)格產(chǎn)品歡迎洽談定制。
表：雙質(zhì)體振動落砂機產(chǎn)品規(guī)格表
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┃ 型號 ┃臺面尺寸(rnln) ┃ 電機功率(kw) ┃ 額定負(fù)載(kg) ┃機器自重(kg) ┃
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┃DL2535.10 ┃ 2500×3500 ┃ 2×3.O ┃ 10000 ┃ 10000 ┃
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┃ DL3 042.20 ┃ 3000×4200 ┃ 2×6.5 ┃ 20000 ┃ 15650 ┃
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┃ DL3550.30 ┃ 3500×5000 ┃ 2×8.5 ┃ 30000 ┃ 25000 ┃
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┃ CL2535。10 ┃ 2500×3500 ┃ 2×3.0 ┃ 10000 ┃ 10700 ┃
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┃ CL3042.20 ┃ 3000×4200 ┃ 2×6.5 ┃ 20000 ┃ 18000 ┃
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