铸造生产用大型振动落砂机的研究和设计

2011-01-24吴剑

铸造设备与工艺 2011年2期

关键词：质体技术参数拉杆

吴剑

（江阴智铭铸造装备应用技术设计室，江苏江阴 214400）

在大型铸造生产中，利用双质体振动落砂机来实现对铸件脱箱、旧砂的处理日益普遍。随着振动机械技术水平、使用寿命的不断提高和改良，也越来越得到广泛的应用。

在铸造生产上，落砂工步如果有一个环保型的振动落砂机，则对脱箱回用、旧砂再生，起到事半功倍的效果。

本文对铸造生产应用的双质体振动落砂机进行技术论述和探讨。其目的是充分利用振动机理和特性，发挥振动机械的优势，向环保型产品转型，为铸造生产服务，实现和谐、环保的生产环境理念。

推广应用大型双质体振动落砂机，有利于大型铸件的生产，也有利于铸造大国向铸造强国的发展。

对大型双质体振动落砂机的开发研究，是对主要技术参数进行系列化、规范化，以获得选用的合理性。对大型双质体振动落砂机的改良设计，是对振动载体结构的优化设计，合理选用振动系数，达到方案的最佳性。

同时结合生产制造和使用中出现的问题，进行分析研究，完善设计，改进工艺措施，以避免生产过程中出现重复错误。

双质体振动落砂机是近年来发展应用较多的一种新型振动落砂机，同单质体落砂机相比，具有适应铸件吨位大、振动噪音低、振动幅度相对稳定，而且对土建基础的动载影响相对较小的特点。采用振动电机激振的双质体振动落砂机，简化了结构设计和制造的难度。

随着热处理工艺措施的改进提高，对焊接整体进行热处理回火，以变得成熟便利，使钢结构焊接形式的振动载体在使用寿命上相应得到提高。

1 结构形式与参数分析

双质体振动落砂机的形式，按激振弹簧的安装方式可分为拉杆式和弹簧直联式。

拉杆式（亦称差动簧结构）是将落砂机上下质体通过拉杆将两个压缩弹簧预压在一起，工作时利用其两个弹簧的总刚度。当改变弹簧数量时，可改变振动系统的总刚度。

弹簧直联式（亦称收头簧结构）是直接利用弹簧和螺栓紧固件将上下质体连接在一起，工作时利用其弹簧受力分布的均衡，实现振动系统总刚度的受力平衡。当改变了弹簧的数量，振动系统总刚度也随之改变。

上述两种形式的落砂机，均有产品在铸造生产线上应用。我们分别进行了技术跟踪及调查。二者均存在有不同程度的设计缺陷。

图1 双质体振动落砂机结构简图

拉杆式振动落砂机，振动强度大，激振弹簧的总刚度不能满足上质体振动强度，则出现弹簧断裂、拉杆断裂的现象。而且工作时的噪音相对也大。弹簧直联式落砂机，激振弹簧也经常出现断裂现象，这主要是由于落砂机载荷分布不均，在振动强度较大的情况下，弹簧受大幅变载荷出现的断裂。我们针对断裂截面进行分析比较，大多数是受交变应力造成的。

根据在采集的信息，进一步对各种因素产生的结果进行相关技术参数的验算，主要有以下几个内容：

1）对激振弹簧不同材质分别进行刚度计算，校核总刚度的受力分布情况，以合理选用激振弹簧；2）验算直联式落砂机上下质体的质量比和弹簧分布面积，以控制上下质体的振动平衡；3）验算直联式落砂机振动频率与总质量、总刚度的关系，以避免频繁的变频调试；4）当上质体是较大台面时，应考虑采用减压支承弹簧，或采用弹性阻尼器，以避免较大的水平振幅出现；5）用振动力学模型进一步计算不同条件下的振幅、频率比，以避免出现共振；6）合理选择振动台面的长宽比例关系，避免出现较大长方形台面尺寸；7）对减振弹簧刚度计算，取值应适当放宽，对出现超载、偏载的工况有利。

通过上述多方面的分析，对双质体振动落砂机的结构形式，采用直联式激振弹簧的性能更为合理。更便于设计、安装、调试。用户反映：使用方便。采用拉杆式振动落砂机，如果对激振弹簧进行合理计算，也能满足中小型铸件的落砂。而对大型铸件的落砂不宜采用拉杆式振动落砂机。

直联式双质体振动落砂机的结构，主要由上质体、下质体、激振弹簧（收头簧结构）、减振弹簧（平头压缩弹簧）、振动电机、机座和栅孔板组成，如图1。

2 直联式双体振动落砂机主要技术特征和工作原理

直联式双质体振动落砂机（以下简称落砂机）的上质体是振动主体，直接参与振动落砂。溃散的砂块通过栅孔板下落到下道工序。二台同极的振动电机分别安装在下质体的二侧，作相向旋转运动，产生的振动加速度形成线性惯性振动。上下质体之间通过激振弹簧和螺栓紧固件直接紧固连接。上下质体的总重量全部由减振弹簧支承，连接到机座上，机座同土建基础连接构成固定机架。

这种类型的落砂机，可满足大载荷的铸型落砂，其振动机理是充分利用了振动激振的惯性力和弹性力的合成，形成有效的振动冲击对铸型实现落砂破碎。体现了利用有限的激振源，达到最大化的激振冲击能力。即符合了能耗低的观点。该落砂机空载时的振动噪音低于80dB。负载时的振动幅度相对稳定。所以说是一种比较理想的、环保型的振动设备。有利于推广应用。