振动设备用的圆柱螺旋弹簧的改进

史焕义

（天津市河北区日光里，天津 300142）

在铸造行业回砂系统中，铸型用振动输送机、振动输送落砂机、振动筛砂机和振动沸腾砂冷却机均可能采用单质体惯性式振动系统。早期的单质体惯性式振动系统，采用标准的圆柱螺旋压缩弹簧支撑振动质体。弹簧与底架、质体之间用心轴定位；心轴限制了弹簧与底架、质体之间的径向移动，轴向移动则无限制。该振动系统在停机过程中，振动频率通过共振点时，振幅放大。当放大的振幅大于弹簧在质体重力作用下的静变形时，便会产生质体跳离的现象。质体跳离现象在回砂系统的振动设备中是普遍存在的。为了减小跳离，采用了橡胶弹簧或圆柱螺旋橡胶复合弹簧。由于橡胶弹簧、复合弹簧的阻尼较圆柱螺旋弹簧的阻尼大，停机过程减幅快，所以停机过程有所缩短；由于橡胶弹簧和复合弹簧的两端没有锚固，停机过共振点时仍有跳离现象出现。

1 两端锚固的圆柱螺旋弹簧在单质体惯性式振动设备上的应用

消除单质体惯性式振动系统的停机过程中的跳离现象，为什么没有采用能承受拉、压力的两端锚固的圆柱螺旋弹簧呢？常见的两端锚固的圆柱螺旋弹簧，其锚固圈按照“圆钢弯小钩”或“圆钢弯钩环”标准设计，（如图1所示）.其内径D 较小，受力较小时尚可，所以只应用于弹性连杆振动系统。弹性连杆振动系统的最大振幅不大于15mm，停机过程中，振幅基本不变；传递给锚固圈及其联接处的负荷较小，弹簧可以承受，不会折断。但是，由于弹簧锚固圈的直径小、锚固面积小，长期使用会产生松动，影响振动。回砂系统的单质体惯性式振动设备，停机时的最大振幅可能大于30mm，跳离时会更大；弹簧受力也大。若用上述弹簧支承质体，在锚固圈与工作圈的联接处会折断。改进两端锚固的圆柱螺旋弹簧，使之能承受大振幅而不折断，应用于单质体惯性式振动系统，是行业希望的（图2）.

图1 只用于弹性连杆振动系统

图2 可用于单质体惯性式振动系统

查机械设计手册中“圆柱螺旋压缩弹簧计算表”，其中列出的圆柱螺旋弹簧的最小内径应当看做是可以承受振动负荷的最小内径。

符合“扁钢、圆钢弯曲的推荐尺寸”中的“圆钢弯小钩”、“圆钢弯钩环”和“圆柱螺旋压缩弹簧计算表”三种圆钢弯曲内径列表如表1（只列出常用四种圆钢）。

表1 三种圆钢弯曲内径列表（mm）

从表1可以看出“圆钢弯钩环”、“圆钢弯小钩”的弯曲内径D 较之圆柱螺旋弹簧的最小内径要小，超出了弹簧允许规范。以这样的规范设计的弹簧，其锚固圈承受较大负荷时易发生折断现象。

以圆柱螺旋弹簧的最小内径为锚固圈及之与工作圈联结处的弯曲内径；并且振动系统的弹簧产生最大变形时，传递给锚固圈及之联结处的负荷应在“圆柱螺旋压缩弹簧计算表”的允许范围之内。这样，锚固圈及之与工作圈的联结处就安全可靠了。为了获得较好的弹簧刚度，工作圈只要不与锚固圈发生干涉就可以，即工作圈中径D2＞D+3d（图2）.另外，锚固结构也有改进：锚固用的心轴与底架或质体是一体的，其中心有螺孔；压盖有中心孔；螺栓穿过压盖中心孔，拧入心轴的螺孔，压紧弹簧的锚固圈。

2 结 语

这样设计的弹簧已经使用多年，结构可靠、效果良好。应用这样的弹簧，青岛五洋铸机制造了S4512B筛砂机，停机平稳，无跳离；天津三和铁制品公司输送砂型用单质体惯性式振动输送机，不仅停机平稳、无跳离，还承受了落料冲击引发的约50mm弹簧变形；青岛五洋铸机制造的弹性连杆式振动输送机更没问题。此弹簧长期使用，未发现锚固松动。此弹簧的造价较之橡胶弹簧、复合弹簧低很多；实为成本低、功能好的弹簧。