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篩分機(jī)的減噪和隔振問(wèn)題至今仍是困擾工程技術(shù)人員的難題之一。噪聲對(duì)人體的健康危害極大，據(jù)報(bào)道，當(dāng)噪聲達(dá)到110 dB，聽力損害率高達(dá)55%。機(jī)械振動(dòng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的損傷和破壞也極其嚴(yán)重，樓板碎裂、梁柱破壞的現(xiàn)象時(shí)有所見。MK-Ⅱ型琴弦式篩分機(jī)是從國(guó)外引進(jìn)的一種偏轉(zhuǎn)型半振動(dòng)篩，它具有中等的振動(dòng)強(qiáng)度和拋擲指數(shù)。這種篩具有如下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊、造型簡(jiǎn)單；處理物料能力強(qiáng)、效率高，2m2的篩面的處理能力達(dá)100～300 th；平衡性好，基礎(chǔ)承受動(dòng)載荷小；振幅穩(wěn)定，噪音低。為滿足現(xiàn)場(chǎng)使用和維修該類篩分機(jī)的需要，也希望通過(guò)分析借鑒，開發(fā)低噪聲的新機(jī)型，筆者對(duì)MK-Ⅱ型篩分機(jī)進(jìn)行了理論有限元分析和試驗(yàn)研究。
篩分機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示。篩箱4靠螺旋彈簧1和2支承，兩塊側(cè)板的中部安裝了一對(duì)軸承，曲軸的偏心軸頸10被緊配在該軸承的內(nèi)圈，偏心距為e。曲軸的主軸頸9通過(guò)軸承安裝在軸承座7上。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶輪13轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心軸頸驅(qū)使篩箱運(yùn)動(dòng)。為平衡篩箱運(yùn)動(dòng)的慣性力，在飛輪8上裝有配重11。確定支承彈簧的載荷是振動(dòng)篩設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題之一，對(duì)此筆者先作靜力學(xué)分析。篩箱力學(xué)模型如圖所示。圖中，A0G和B0H分別表示支承彈簧1和2不受力、自由伸長(zhǎng)時(shí)的位置，細(xì)實(shí)線繪制的矩形框Ⅰ表示的就是該彈簧具有自由長(zhǎng)度a時(shí)篩箱的位置，而粗實(shí)線繪制的矩形框Ⅱ則表示靜平衡狀態(tài)下篩箱所處的位置。篩箱受到重力W、偏心軸q的約束力Fxj，F(xiàn)yj和彈簧支反力F1j，F(xiàn)2j的作用。彈簧1和2的剛度雖相同，但它們的軸線到篩箱質(zhì)心q的距離不同，因而，在重力作用下，兩彈簧的上端點(diǎn)分別從A0和B0點(diǎn)移到A和B點(diǎn)。篩箱底面與支承面GH不再保持平行，其夾角為θ0。過(guò)主軸承的中心o點(diǎn)作坐標(biāo)軸x與支承面平行，y軸與之垂直，建立平衡方程。由于問(wèn)題的超靜定性質(zhì)，需要分析變形。設(shè)彈簧1和彈簧2的彈簧常數(shù)分別為K1和K2，當(dāng)篩箱處于靜平衡位置時(shí)，變形量分別為δ1j和δ2j。聯(lián)立平衡方程、幾何方程和物理方程求解，得出前、后彈簧靜反力。
通過(guò)對(duì)該篩的實(shí)測(cè)，得到篩箱對(duì)質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，并發(fā)現(xiàn)了該篩結(jié)構(gòu)上的兩個(gè)特點(diǎn)：
(1)偏心軸通過(guò)篩箱質(zhì)心，因此，質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)與偏心軸中心的運(yùn)動(dòng)完全相同；
(2)左右2組彈簧到篩箱軸承孔的距離不同，篩箱上的各點(diǎn)除了隨質(zhì)心作半徑為2.5 mm的圓運(yùn)動(dòng)外，還繞質(zhì)心作微幅角振動(dòng)。根據(jù)它的結(jié)構(gòu)和受力的對(duì)稱性，可知篩箱在xoy坐標(biāo)面內(nèi)作平面運(yùn)動(dòng)。由于篩箱在平面內(nèi)的剛度很大，在研究其運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，可將篩箱視為剛體。取質(zhì)心的位移分量x，y和篩箱繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)角θ為廣義坐標(biāo)，令靜平衡位置各坐標(biāo)為零，可列出篩箱的振動(dòng)微分方程。篩箱振動(dòng)時(shí)，已具有靜撓度的彈簧將產(chǎn)生附加變形。相應(yīng)于此附加變形，設(shè)F1f和F2f為2個(gè)支承彈簧的附加動(dòng)反力，求解得。
可見，彈簧和偏心軸的附加動(dòng)反力都是正弦型的交變載荷。將該篩的實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)代入各式得出的計(jì)算結(jié)果表明：篩箱角振動(dòng)振幅和彈簧附加動(dòng)反力的數(shù)值很小，但偏心軸承動(dòng)反力卻很大，達(dá)到幾萬(wàn)牛頓。把靜力學(xué)公式與附加動(dòng)反力公式疊加，得到總的動(dòng)力反應(yīng)以及彈簧全反力和偏心軸承全反力的具體數(shù)值。篩箱角振動(dòng)的振幅與(K1r1-K2r2)成正比，而MK-Ⅱ型篩的這個(gè)值不大。實(shí)測(cè)得到的篩主軸轉(zhuǎn)速為1 080r min(113 rad/s)，篩箱角振動(dòng)固有頻率為12.6rad/s，兩者相差很遠(yuǎn)，因此強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅也不大。篩箱的動(dòng)反力通過(guò)彈簧、主軸的軸承座傳遞到固定篩架。
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