吳 劍

（江陰智銘鑄造裝備應(yīng)用技術(shù)設(shè)計室，江蘇 江陰 214400）

在大型鑄造生產(chǎn)中，利用雙質(zhì)體振動落砂機來實現(xiàn)對鑄件脫箱、舊砂的處理日益普遍。隨著振動機械技術(shù)水平、使用壽命的不斷提高和改良，也越來越得到廣泛的應(yīng)用。

在鑄造生產(chǎn)上，落砂工步如果有一個環(huán)保型的振動落砂機，則對脫箱回用、舊砂再生，起到事半功倍的效果。

本文對鑄造生產(chǎn)應(yīng)用的雙質(zhì)體振動落砂機進行技術(shù)論述和探討。其目的是充分利用振動機理和特性，發(fā)揮振動機械的優(yōu)勢，向環(huán)保型產(chǎn)品轉(zhuǎn)型，為鑄造生產(chǎn)服務(wù)，實現(xiàn)和諧、環(huán)保的生產(chǎn)環(huán)境理念。

推廣應(yīng)用大型雙質(zhì)體振動落砂機，有利于大型鑄件的生產(chǎn)，也有利于鑄造大國向鑄造強國的發(fā)展。

對大型雙質(zhì)體振動落砂機的開發(fā)研究，是對主要技術(shù)參數(shù)進行系列化、規(guī)范化，以獲得選用的合理性。對大型雙質(zhì)體振動落砂機的改良設(shè)計，是對振動載體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，合理選用振動系數(shù)，達到方案的最佳性。

同時結(jié)合生產(chǎn)制造和使用中出現(xiàn)的問題，進行分析研究，完善設(shè)計，改進工藝措施，以避免生產(chǎn)過程中出現(xiàn)重復(fù)錯誤。

雙質(zhì)體振動落砂機是近年來發(fā)展應(yīng)用較多的一種新型振動落砂機，同單質(zhì)體落砂機相比，具有適應(yīng)鑄件噸位大、振動噪音低、振動幅度相對穩(wěn)定，而且對土建基礎(chǔ)的動載影響相對較小的特點。采用振動電機激振的雙質(zhì)體振動落砂機，簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造的難度。

隨著熱處理工藝措施的改進提高，對焊接整體進行熱處理回火，以變得成熟便利，使鋼結(jié)構(gòu)焊接形式的振動載體在使用壽命上相應(yīng)得到提高。

1 結(jié)構(gòu)形式與參數(shù)分析

雙質(zhì)體振動落砂機的形式，按激振彈簧的安裝方式可分為拉桿式和彈簧直聯(lián)式。

拉桿式（亦稱差動簧結(jié)構(gòu)）是將落砂機上下質(zhì)體通過拉桿將兩個壓縮彈簧預(yù)壓在一起，工作時利用其兩個彈簧的總剛度。當(dāng)改變彈簧數(shù)量時，可改變振動系統(tǒng)的總剛度。

彈簧直聯(lián)式（亦稱收頭簧結(jié)構(gòu)）是直接利用彈簧和螺栓緊固件將上下質(zhì)體連接在一起，工作時利用其彈簧受力分布的均衡，實現(xiàn)振動系統(tǒng)總剛度的受力平衡。當(dāng)改變了彈簧的數(shù)量，振動系統(tǒng)總剛度也隨之改變。

上述兩種形式的落砂機，均有產(chǎn)品在鑄造生產(chǎn)線上應(yīng)用。我們分別進行了技術(shù)跟蹤及調(diào)查。二者均存在有不同程度的設(shè)計缺陷。

圖1 雙質(zhì)體振動落砂機結(jié)構(gòu)簡圖

拉桿式振動落砂機，振動強度大，激振彈簧的總剛度不能滿足上質(zhì)體振動強度，則出現(xiàn)彈簧斷裂、拉桿斷裂的現(xiàn)象。而且工作時的噪音相對也大。彈簧直聯(lián)式落砂機，激振彈簧也經(jīng)常出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，這主要是由于落砂機載荷分布不均，在振動強度較大的情況下，彈簧受大幅變載荷出現(xiàn)的斷裂。我們針對斷裂截面進行分析比較，大多數(shù)是受交變應(yīng)力造成的。

根據(jù)在采集的信息，進一步對各種因素產(chǎn)生的結(jié)果進行相關(guān)技術(shù)參數(shù)的驗算，主要有以下幾個內(nèi)容：

1）對激振彈簧不同材質(zhì)分別進行剛度計算，校核總剛度的受力分布情況，以合理選用激振彈簧；2）驗算直聯(lián)式落砂機上下質(zhì)體的質(zhì)量比和彈簧分布面積，以控制上下質(zhì)體的振動平衡；3）驗算直聯(lián)式落砂機振動頻率與總質(zhì)量、總剛度的關(guān)系，以避免頻繁的變頻調(diào)試；4）當(dāng)上質(zhì)體是較大臺面時，應(yīng)考慮采用減壓支承彈簧，或采用彈性阻尼器，以避免較大的水平振幅出現(xiàn)；5）用振動力學(xué)模型進一步計算不同條件下的振幅、頻率比，以避免出現(xiàn)共振；6）合理選擇振動臺面的長寬比例關(guān)系，避免出現(xiàn)較大長方形臺面尺寸；7）對減振彈簧剛度計算，取值應(yīng)適當(dāng)放寬，對出現(xiàn)超載、偏載的工況有利。

通過上述多方面的分析，對雙質(zhì)體振動落砂機的結(jié)構(gòu)形式，采用直聯(lián)式激振彈簧的性能更為合理。更便于設(shè)計、安裝、調(diào)試。用戶反映：使用方便。采用拉桿式振動落砂機，如果對激振彈簧進行合理計算，也能滿足中小型鑄件的落砂。而對大型鑄件的落砂不宜采用拉桿式振動落砂機。

直聯(lián)式雙質(zhì)體振動落砂機的結(jié)構(gòu)，主要由上質(zhì)體、下質(zhì)體、激振彈簧（收頭簧結(jié)構(gòu)）、減振彈簧（平頭壓縮彈簧）、振動電機、機座和柵孔板組成，如圖1。

2 直聯(lián)式雙體振動落砂機主要技術(shù)特征和工作原理

直聯(lián)式雙質(zhì)體振動落砂機（以下簡稱落砂機）的上質(zhì)體是振動主體，直接參與振動落砂。潰散的砂塊通過柵孔板下落到下道工序。二臺同極的振動電機分別安裝在下質(zhì)體的二側(cè)，作相向旋轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生的振動加速度形成線性慣性振動。上下質(zhì)體之間通過激振彈簧和螺栓緊固件直接緊固連接。上下質(zhì)體的總重量全部由減振彈簧支承，連接到機座上，機座同土建基礎(chǔ)連接構(gòu)成固定機架。

這種類型的落砂機，可滿足大載荷的鑄型落砂，其振動機理是充分利用了振動激振的慣性力和彈性力的合成，形成有效的振動沖擊對鑄型實現(xiàn)落砂破碎。體現(xiàn)了利用有限的激振源，達到最大化的激振沖擊能力。即符合了能耗低的觀點。該落砂機空載時的振動噪音低于80dB。負(fù)載時的振動幅度相對穩(wěn)定。所以說是一種比較理想的、環(huán)保型的振動設(shè)備。有利于推廣應(yīng)用。

3 相關(guān)技術(shù)參數(shù)

研究和開發(fā)設(shè)計適合大型鑄件落砂的產(chǎn)品，合理選用技術(shù)參數(shù)、振動系數(shù)是關(guān)鍵。

我們結(jié)合生產(chǎn)使用情況的第一手資料和國外相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)，對相關(guān)雙質(zhì)體振動落砂機主要技術(shù)參數(shù)進行相應(yīng)的技術(shù)研究，并探討向大載荷的落砂機產(chǎn)品發(fā)展。以滿足日益發(fā)展的大型鑄件生產(chǎn)要求。在此不介紹很深的理論計算，只求設(shè)計合理、生產(chǎn)耐用。

4 對發(fā)展的展望

我們探索雙質(zhì)體振動落砂機在控制方面有新的拓展，設(shè)想從改善砂處理落砂工步的工況，從操作環(huán)境入手，試圖采用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的傳感智能控制技術(shù)，來實現(xiàn)砂處理落砂工步的環(huán)境改善，達到生產(chǎn)環(huán)境人機和諧的新應(yīng)用技術(shù)。

分析研究和開發(fā)設(shè)計鑄造實用振動機械產(chǎn)品，是適應(yīng)和滿足現(xiàn)階段大規(guī)模的鑄造生產(chǎn)發(fā)展和大型鑄件的工藝要求。也是適應(yīng)“十二五”鑄造裝備發(fā)展規(guī)劃要求。所以大型振動機械產(chǎn)品的發(fā)展，具有良好的市場前景。希望鑄造、鑄造裝備同仁共同努力開創(chuàng)未來。

［1］吳劍.鑄造振動機械設(shè)計與應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

［2］吳劍.鑄造生產(chǎn)中鑄造裝備應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的可行性分析［J］.鑄造設(shè)備與工藝,2010（4）：7-9.