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采用钢缆弹簧支承装置的立式冲击破碎机减振技术展望
发布时间：2013-08-21 08:38 来源：未知
工业性实验业已证明，在破碎粉磨领域，如水泥行业，采用立式冲击破碎机实现“多破少磨”节能降耗工艺，其节能降耗效果可与辊压机及立式磨相媲美，有些方面甚至优于二者，如初始投资少，结构简单，操作维护方便等，因此近年来得到较多的研究和开发。然而，能够满足中等以上水泥厂需要的中、大型立式冲击破碎机尚无成功的实例报道，主要原因有二。其一是轮盘磨损严重，对此问题，已有研究者找到了一种既耐磨又抗冲击的高性能材料。其二，振动噪声强烈，轴承严重发热损坏，寿命短，难于实现长时间稳定运行，有的甚至在制造厂试车阶段就因强烈振动而报废。为了回避这些难于解决的问题，有研究者采用折衷的处理方法，即采用立式冲击与其它破碎方式复合或组合，使转子速度降低。但这样处理，不仅使结构复杂，钢耗增加，而且也使转子速度远远偏离最佳能量利用率转速，其产量、产品粒度尤其是节能降耗效果都无法与辊压机及立式磨相比。国内外某些一流研究所为了回避这些难题，转而开发其它种类的“多破少磨”系统，但这一过程将是漫长的，能否奏效还不得而知。我们认为，上述难题是可以解决的。因此，从转子系统的动力学角度人手，提出降低立式冲击破碎机振动噪声，延长轴承使用寿命的方法，指导设计节能降耗效果优良的新型立式冲击破碎机，就应成为一个主要的研究目标。
1、立武冲击破碎机减振存在的问题
转子系统减振的方法很多，对于滚动轴承支承的转子，主要措施有：进行动平衡，采用线性或非线性弹性支承，采用挤压油膜阻尼器以及主动控制方法等。分析立式冲击破碎机系统，具有如下特点：首先它属于大盘悬臂转子系统，中型以上破碎机轮盘直径达800～1200mm以上，由于制造、安装、磨损及物料分布不均等原因，易产生较大的不平衡。其次是它的转速高，为达到最佳能量利用率，转速应在1500r/min以上，相对于如此大的轮盘直径来说，属于高速转子。由于进料粒度在50～150mm之间，物料在大直径轮盘上随机分布，转子将受到较强的随机不平衡激振力作用。为满足工艺要求，进排料口应有一定高度，机器需架在相对柔性较大的楼板或金属构架上，加之机器壳体也较薄，受到强激励时产生激烈振动，影响轴承寿命并辐射噪音。再者，用它处理水泥熟料时，温度较高，灰尘大。对于具有上述特点的转子系统，要想从动平衡角度完全解决问题是不可能的，也极不现实。采用挤压油膜阻尼器或主动控制方法使结构过于复杂，且价格高昂，也不便于维护。采用弹性支承，利用高速转子的自动定心作用，可以减小轴承上的动载荷，降低外传力。然而采用一般的金属弹簧，如螺旋弹簧，不仅不便安装，而且由于阻尼力小，存在驻波效应，机器起停阶段极不稳定，对强随机激励响应的抑制能力差，容易与机壳产生耦台振动。采用笼条式或钢环式弹性支承，除也有螺旋弹簧支承的缺点之外，还有刚度太大，难加工等缺点。橡胶弹性支承已成功地应用于多种转子系统，如玻纤拉丝机、岩棉离心机等机器上+但它的最大缺点是易老化，且不耐高温，调节费时费力，维修时间长，难以保证立式冲击破碎机长期经济稳定运行。
2、采用钢缆弹簧支承装置的意义及国内外技术现状
基于前述分析，我们提出采用强非线性弹性支承转子系统的设计构想，其实现的物质基础是具有非线性刚度和大阻尼特性的钢缆弹簧支承装置。此种非线性弹性支承不同于业已存在的“弹性支承接触限制器”式变刚度弹性支承、“带预压弹簧支承”式变刚度或变阻尼支承，因为此种非线性弹性支承同时具有连续的非线性刚度特性和阻尼特性，而后两者仪具有分段线性组成的非线性刚度特性和阻尼特性，易产生冲击且结构的实现有困难。如果把我们提出的非线性弹性支承用于立式冲击破碎机，利用其非线性特性，可解决转子起动�；蓖ü俳缱俚奈榷ㄐ晕侍�，利用其大阻尼特性，还可解决驻波效应和强随机激励响应抑制问题，并通过合理的非线性参数选择，最终达到自动定心，减小轴承动载荷和外传力，解除与壳体的耦合振动，实现良好的减振降噪和延长轴承寿命的效果。同时，该种弹性支承还具有耐高温、寿命极长、安装调节方便等优点。
其大不平衡量、强随机激励、大盘悬臂及工作环境恶劣等诸多因素，造成立式冲击破碎机转子减振、隔振难度很大，尚无成熟的方法和装置可供借鉴或利用，国内外破磨领域已露出回避该机型的苗头，如国内某一流设计研究院+已转而开发其它种类的“多破少磨”系统�？杉粤⑹匠寤髌扑榛蛹跽�、隔振为目标行研究，发掘原理成熟而结构又非常简单的该型破碎机的高效、节能潜力+使其重焕生机，少走弯路，具有重要价值。
资料表明，有关非线性弹性支承转子系统的动力学行为研究，多集中在滑动轴承和挤压油膜轴承上，且发展较快，近年更有向非线性主动控制方向发展的趋势，一些研究成果令人鼓舞，但相应装置因其复杂的结构和保养困难而不适于立式冲击破碎机。
关于滚动轴承非线性弹性支承转子系统的动力学行为研究逐渐有零星报道，说明了已为国内外学者重视，某些单项已具实用性，但多集中在滚动轴承自身的非线性、分段线性变刚度或橡胶、聚合物等模型或材料的研究上，并未发现有适合立式冲击破碎机恶劣工作条件或结构特殊要求的支承结构。
就目前国内外此方向研究的问题而言，多集中
在确定性激励线性和弱非线性或随机激励线性和弱非线性弹性支承转子系统动力学问题的研究，对我们所提出的强随机激励强非线性弹性支承转子系统力学行为研究，尚未见报道。更谈不上对这种系统从“强非线性+强随机激励”方面作深入研究。因
此，为开发出相应的实用化强非线性支承装置，并将其用于破碎机械，有必要就有关问题，展开深入的理论研究。
根据市场调查，有关科研院所、生产和使用厂家都无一例外地肯定了立式冲击破碎机原理可行，结构简单，投资少，若寿命能得到保证，那么该机型在实现“多破少磨”工艺中具有相当大的优势。因此，若能成功解决立式冲击破碎机寿命短这一难题，将使其重焕生机，推广应用前景相当乐观。
因此，通过对这种新型的强非线性弹性支承转子系统的设计与动力学分析，摸清其减振降噪规律，最终研制出钢缆弹簧支承装置，使其在实现“多破少磨”节能降耗工艺中发挥作用，在工程应用上具有现实的意义。
3、重点研究内容及主要技术指标、应用前景和经济效益
综合分析现有立式冲击破碎机与工程需要的差距，采用钢缆弹簧支承装置的立式冲击破碎机设计是一项创新性研究，应建立和发展有关设计理论，着重于以下几个方卣的研究：
(1)提出转子系统钢缆弹簧支承装置的实现方案，包括设计及加工：
(2)进行非线性振动理论分析、仿真实验和样机测试，提出振动响应和振动传递特性的计算方法。选用多种实验方案，通过测试并附以理论分析，寻找最佳支承参数；
(3)给出最佳支承参数的样机生产实验。通过实验，搞清减振隔振的实际效果；
(4)考核支承装置的寿命。
此外，对强非线性弹性支承转子系统的研究，不应仅仅停留在寻找合理的设计参数等问题上，而是从非线性振动力学着手，研究该系统非线性行为的全局特性，不仅要了解和综合该系统在建模、求解、仿真实验和实测等各环节的一系列力学规律，而且要力求综合利用这些规律，使其能在综合设计立式冲击破碎机中起作用，从而确定钢缆弹簧支承装置的设计标准。
应指出，作者已完成部分研究内容。
通过理论分析和市场调查，采用钢缆弹簧支承装置的立式冲击破碎机具有或应能实现如下主要技术指标、应用前景和经济效益：
(1)用在立式冲击破碎机上，轴承动载荷降低到未加钢缆弹簧支承装置之前的1/5以下+寿命提高到原来的3倍以上，第二阶共振峰最大起动�；穹炔怀�3,5。
(2)每套成本不超过1.5万元。
(3)将此装置用在立式冲击破碎机上，并组成“多破少磨”系统，能在保证长期稳定运行的情况下，使磨机产量翻番，节能30%以上�？纱娓呦改�，生产高标号水泥。
(4)不仅可以用于小产量水泥生产线，更可以用于中、大型产量水泥生产线。
(5)不考虑提高轴承寿命，减少维修工作、降低�；鹗б约安捎昧⑹匠寤髌扑榛迪�“多破少磨”而带来的经济效益，仅考虑该项目的高技术含量而给制造厂带来的经济效益，按每台立式冲击破碎机（~800）售价8～10万元概估，每台带来30%的高附加利润计算，销售100台即可多获得(8～10)×30%×100=240—300万元利润。
(6)若用于中、大型产量水泥生产线，用其代替辊压机，实现“多破少磨”工艺，则一条生产线设备和基建一次投资约可节省60 -70万元。
此外，由于涉及复杂的非线性动力学计算和设计，理论难度大，一般企业难于仿制。
4、结束语
大中型立式冲击破碎机，属于大盘悬臂、随机大不平衡量、工作环境恶劣的转子系统。目前，国内外还没有解决其振动噪声强烈、轴承寿命极短这一难题，尚无与之相适应的可靠实用的支承装置，因而破碎机转子不能长期稳定地工作在其高效节能区域，致使在生产中不能发挥其巨大的高效节省潜力。
本文从转子动力学角度人手，提出降低立式冲击破碎机振动噪声，延长轴承使用寿命的方法，为设计节能降耗效果优良的新型立式冲击破碎机指出了可行的方向。分析表明，钢缆弹簧支承装置可解决上述问题。并指出应通过对这种新型的强非线性弹性支承转子系统的设计与动力学分析，摸清其减振降噪规律，最终研制出钢缆弹簧支承装置，使其在实现“多破少磨”节能降耗工艺中发挥作用。
将强非线性钢缆弹簧支承装置用于立式冲击破碎机，具有较好的应用前景并将创造较大的经济效益。
