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過程中鑄件和型砂的分離設備。振動落砂設備有單質體和雙質體2種振動類別，大多數(shù)鑄造車間目前普遍采用的是單質體振動落砂設備。
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過程中鑄件和型砂的分離設備。振動落砂設備有單質體和雙質體2種振動類別，大多數(shù)鑄造車間目前普遍采用的是單質體振動落砂設備。單質體振動落砂設備主要存在4個問題：(1)需要大功率振動電機進行激振。當機器額定負載為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連接，對基礎的沖擊大；(4)當落砂溫度偏高時，砂斗的熱量傳導至電機，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體振動落砂機。雙質體振動落砂機早已面市，但市場反映并不熱烈?！惰T造設備選用手冊》(機械工業(yè)出版社，1990)第242頁對雙質體振動落砂機有評價，認為“雙質體振動落砂機存在相對單質體落砂機撞擊力及落砂效率低些，所占空間高，參數(shù)調整較復雜等缺點"。用戶反映雙質體振動落砂機生產效率不高，主振彈簧容易折斷。綜合兩方面的意見，推廣雙質體振動落砂機需要解決4個問題：(1)生產效率問題，(2)主振彈簧易折斷問題，(3)降低設備高度問題，(4)現(xiàn)場調整困難問題。
DL2535.10變頻落砂機
一、關于生產效率問題
雙質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，認為當雙質體振動落砂設備在非共振狀態(tài)運行時，生產效率明顯低于單質體，但當進入共振狀態(tài)時，生產效率明顯高于單質體。還有，雙質體振動落砂機在共振狀態(tài)下運行，電機功率僅需單質體的30%。再有，單質體對于20噸以下的小噸位負載還能湊合使用，對于20噸以上的大噸位就不堪勝任，共振態(tài)雙質體振動落砂機則額定負載越大比較優(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)雙質體振動落砂機應該得到青睞。
研制共振態(tài)雙質體振動落砂機，必須認識到雙質體振動落砂機的工作特性具有以下2個顯著特點：(1)負載和落砂機臺面的重量比特別大。負載和落砂機臺面的重量比一般為2.O左右；(2)負載的變化范圍特別大。振動落砂機屬于間歇作業(yè)設備，負載的變化范圍是0到額定負載之間。
由于存在上述這兩個工作特性，研制共振態(tài)雙質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措施，振幅將極不穩(wěn)定，理論分析表明，當阻尼接近0時，振幅趨向無窮大；(2)負載變化時共振狀態(tài)的穩(wěn)定性問題。負載變化導致結合質量和阻尼發(fā)生變化，導致落砂機固有頻率被改變，如果結合質量和阻尼變化引起固有頻率改變值比較大，雙質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種類型的雙質體振動落砂機面市：(1)采用差動彈簧結構的雙質體振動落砂機(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，已成為雙質體振動落砂機的代表產品。差動彈簧落砂機結構可參閱《鑄造設備選用手冊》。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。差動彈簧的結構是在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。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，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生較大的阻礙主振彈簧繼續(xù)伸長的阻力；當載荷大時，主振彈簧占用較小的螺栓長度，阻尼彈簧產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)雙質體振動落砂機，原因是：(1)設計共振態(tài)雙質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，而差動彈簧的剛度和阻尼又和螺栓螺母的預緊力有關，因此，固有頻率計算有難度，現(xiàn)場調試也有難度；(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，用matlab仿真可以顯示，在共振情況下，在阻尼很小時(相當于空載情況)，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換位置，當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，因為負載變化導致結合質量和阻尼發(fā)生變化，導
致落砂機固有頻率被改變，即使拉壓彈簧落砂機被設計成為共振態(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，當振幅偏大時，改變電機轉速，使電機轉速偏離振動落砂機主振型固有頻率，使振幅變小；當振幅偏小時，改變電機轉速，使電機轉速接近振動落砂機主振型固有頻率，電機轉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，增加機器的復雜性，增加維修保養(yǎng)的技術難度。
二、關于主振彈簧易折斷問題
雙質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大工作應力和zui小工作應力的差值來表示，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、如果雙質體振動落砂機采用差動彈簧結構，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大工作應力和zui小工作應力的差值，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、關于降低設備高度問題
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、關于現(xiàn)場調整困難問題
這也是差動彈簧落砂機的*問題，且無解。筆者發(fā)明了一種負載變化自適應的雙質體振動落砂機(以下簡稱自適應落砂機)。自適應落砂機是完整意義上的共振態(tài)落砂機，其結構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；當靜態(tài)負載時，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，可以抵消由于結合質量增加而引起的固有頻率下移，因此無論是空載還是滿負荷，補償彈簧都能使機器保持相對穩(wěn)定的振幅，并在額定負載變化范圍內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)具有整體的自適應性。采用“自適應"這一技術術語是因為自適應落砂機是根據(jù)控制理論設計的，補償彈簧就是雙質體振動系統(tǒng)的負反饋回路。
經(jīng)過多年修改和完善，自適應落砂機已具備下列優(yōu)良特性：
1、自適應落砂機在O到額定負載之間都能保持穩(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)，生產效率明顯優(yōu)于單質體振動機械，可與變頻落砂機媲美；
2、電機功率僅需單質體振動落砂機的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大的振動電機驅動zui大的落砂機，該落砂機的負載能力至少可達80噸。
3、落砂機工作臺面采用框架式大剛度結構，結構簡明厚實，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計為雙層結構，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換，如果偏離共振狀態(tài)，一部分能量將耗散在結構件上致使結構件開裂；另外，雙質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至電機，電機的工作條件明顯改善；
6、落砂機可以在無基礎情況下空載運行，運行時基座無位移，周圍幾乎無震感，對基礎的要求類似于機床的基礎要求；
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構，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計成為側部出砂。
10、地坑深度淺，20噸側部出砂的落砂機地坑深度僅需1800。
筆者研制的規(guī)格系列產品見下表，非規(guī)格產品歡迎洽談定制。
表：雙質體振動落砂機產品規(guī)格表
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┃ 型號 ┃臺面尺寸(rnln) ┃ 電機功率(kw) ┃ 額定負載(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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