崔曙光 CUI Shu-guang；李晉雄 LI Jin-xiong；王軍利 WANG Jun-li；李永盛 LI Yong-sheng；楊彬 YANG Bin

（①山西潞安礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司古城煤礦，長治 046000；②太原科技大學(xué)，太原 030024）

0 引言

振動(dòng)篩常用于煤礦以及礦山等行業(yè)物料的粒度分級(jí)[1-3]。傳統(tǒng)振動(dòng)篩的底座支腿通常采用螺旋鋼簧或橡膠鋼簧隔振，其剛度、阻尼恒定，在振動(dòng)篩篩分作業(yè)達(dá)到共振區(qū)間時(shí)篩體振動(dòng)劇增，易傾擺而運(yùn)行不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了使用壽命[3-5]。空氣減振器具有固有頻率低、阻尼大和變剛度等特性，在車輛的懸架系統(tǒng)上得到了廣泛應(yīng)用。

本研究提出了在選煤廠振動(dòng)篩使用空氣減振器隔振的設(shè)計(jì)方法，并對振動(dòng)篩和空氣減振器力學(xué)模型進(jìn)行研究，對改裝方案前后的噪聲和共振進(jìn)行了監(jiān)測試驗(yàn)。振動(dòng)篩換裝空氣減振器可有效衰減振動(dòng)篩的自由振動(dòng)，降低作業(yè)環(huán)境噪聲[6-8]。

1 振動(dòng)篩換裝空氣減振器改造方案

振動(dòng)篩原有普通鋼簧換裝空氣減振器系統(tǒng)如圖1 所示，詳細(xì)改造方案為：

圖1 振動(dòng)篩鋼簧換裝空氣減振器三維示意圖

①首先檢測現(xiàn)有振動(dòng)篩底座水平高度，測量其振幅、速度、加速度，確定安裝高度，以達(dá)到理想的效果，便于安裝后的數(shù)值比較。

②對振動(dòng)篩原有普通鋼簧的安裝位置進(jìn)行測量，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)。對空氣減振器的承載性能進(jìn)行計(jì)算分析，對振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)過程中振動(dòng)頻率以及振幅進(jìn)行測試分析，對改進(jìn)后的安裝位置進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出選煤廠振動(dòng)篩采用空氣減振器替代鋼簧的整體方案。

③選取山西省長治市古城煤礦選煤廠1 臺(tái)振動(dòng)篩進(jìn)行改造，將四個(gè)基座的原有鋼簧進(jìn)行拆卸，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算方案每組基座安裝3 個(gè)空氣減振器，并配備安裝恒壓控制系統(tǒng)、氣源控制系統(tǒng)。

④調(diào)試環(huán)節(jié)將空氣減振器充氣口連接好進(jìn)氣管，壓力調(diào)節(jié)器，根據(jù)所需壓力充氣，調(diào)節(jié)其壓力值直至使振動(dòng)篩支腳和空氣減振器基座間達(dá)到要求的安裝操作高度，由于振動(dòng)篩兩端承重不同，可根據(jù)用戶壓力調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)到一定范圍的理想高度。

⑤測試試驗(yàn)環(huán)節(jié)根據(jù)試驗(yàn)方案對原有普通鋼簧和換裝空氣減振器的噪聲和共振進(jìn)行測試和對比，評(píng)估改裝效果。

2 模型建立

為了研究振動(dòng)篩振動(dòng)原理及振動(dòng)頻率，建立了振動(dòng)篩二自由度動(dòng)力學(xué)模型及帶附加氣室的空氣減振器力學(xué)模型。

2.1 振動(dòng)篩二自由度動(dòng)力學(xué)模型

根據(jù)振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)特征，綜合考慮激振力以及空氣減振器系統(tǒng)的彈性力和阻尼力，可以得到振動(dòng)篩二自由度動(dòng)力學(xué)微分方程[9]：

上式中，M 為振動(dòng)篩質(zhì)量；cx，cy為空氣減振器系統(tǒng)在水平、垂直方向的等效阻尼；kx，ky為水平、垂直方向等效剛度；m 為一組偏心塊的質(zhì)量；e 為偏心塊的偏心距；δ 為振動(dòng)篩振動(dòng)方向角；ω 為偏心塊的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；t 為時(shí)間。

2.2 帶附加氣室的空氣減振器力學(xué)模型

如圖2 所示是帶有附加氣室的空氣減振器，中間通過管道聯(lián)通，并加裝節(jié)流孔A，空氣減振器安裝在振動(dòng)篩下振動(dòng)變形過程中，主、附氣室會(huì)產(chǎn)生壓力差，其節(jié)流孔在阻尼作用下會(huì)吸收部分能量。

圖2 帶附加氣室的空氣減振器力學(xué)模型

假設(shè)空氣減振器微振動(dòng)變形，初始主氣室體積V10，微小變化量dV1，主、附氣室壓力變化為 p0+dp1和 p0+dp2?？傻脙蓺馐业亩嘧冞^程[10]：

式中：V2——附加氣室容積；

γ——空氣密度；

q——流過節(jié)流孔的空氣質(zhì)量。

利用Talor 級(jí)數(shù)將式（2）、（3）展開，并簡化二次以上微量得：

自標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)變形x 后，空氣鋼簧上產(chǎn)生的恢復(fù)力為

由式（4）～（6）可得

式中：η——主氣室體積與附加氣室體積之比；

d——節(jié)流孔直徑。

3 空氣減振器振動(dòng)試驗(yàn)方案

為驗(yàn)證振動(dòng)篩換裝空氣減振器的可行性及優(yōu)勢，特對其噪聲和振動(dòng)進(jìn)行換裝前后的測試試驗(yàn)，如圖3 所示。振動(dòng)篩在使用中，技術(shù)人員現(xiàn)場用噪聲聲級(jí)儀和振動(dòng)測試儀進(jìn)行測量。技術(shù)人員每日隨機(jī)時(shí)間采集噪聲和振動(dòng)2 次，連續(xù)采集5 日統(tǒng)計(jì)采集結(jié)果。分別采集鋼簧更換前鋼簧噪聲和振動(dòng)，以及換裝空氣減振器后的噪聲和振動(dòng)。

圖3 振動(dòng)篩換裝空氣減振器試驗(yàn)系統(tǒng)

3.1 振動(dòng)篩運(yùn)行過程噪聲測試結(jié)果

表1 為技術(shù)人員采集噪聲統(tǒng)計(jì)結(jié)果。根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)換裝空氣減振器后振動(dòng)篩整體噪聲低于原有的普通鋼簧噪聲。振動(dòng)篩啟停和運(yùn)行過程中的平均噪聲在83.2dB～86.6dB 之間，而普通鋼簧的平均噪聲在92.8dB～109.3dB。普通鋼簧的最大噪聲達(dá)到了115dB，達(dá)到永久損害聽覺的噪聲水平。振動(dòng)篩換裝空氣減振器噪聲下降幅度較大，更有利于現(xiàn)場作業(yè)人員。

表1 振動(dòng)篩運(yùn)行過程噪聲測試對比

3.2 振動(dòng)篩運(yùn)行過程共振測試結(jié)果

表2 為技術(shù)人員采集共振統(tǒng)計(jì)結(jié)果。根據(jù)數(shù)據(jù)可知空氣減振器共振幅度較低，總體平均值在1.09mm/s～1.864mm/s 之間，而普通鋼簧的平均值在5.129mm/s～7.173mm/s 之間，普通鋼簧的共振遠(yuǎn)大于空氣減振器。振動(dòng)篩共振會(huì)導(dǎo)致地面裂縫，振動(dòng)篩體損壞，降低振動(dòng)篩使用壽命等危害，因此換裝空氣減振器可提高振動(dòng)篩使用壽命。

表2 振動(dòng)篩運(yùn)行過程共振測試對比

4 結(jié)論與討論

本論文對煤礦振動(dòng)篩鋼簧換裝空氣減振器進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，并通過對換裝前后的噪聲和共振進(jìn)行測量試驗(yàn)觀測，得出如下結(jié)論：

①煤礦振動(dòng)篩鋼簧換裝空氣減振器方案可行，帶有附加氣室的空氣減振器中的節(jié)流孔可產(chǎn)生較大阻尼，能有效衰減振動(dòng)篩的自由振動(dòng)，降低共振區(qū)振幅、動(dòng)荷載過大和振動(dòng)篩體嚴(yán)重傾擺的問題。

②空氣減振器可有效降低振動(dòng)篩啟停和運(yùn)行噪聲，平均噪聲在83.2dB～86.6dB 之間，更有利于保護(hù)現(xiàn)場作業(yè)人員的聽力。

③空氣減振器的共振平均值在1.09mm/s～1.864mm/s之間遠(yuǎn)低于普通鋼簧的5.129mm/s～7.173mm/s，可有效降低出現(xiàn)地面裂縫和振動(dòng)篩體的損壞頻次，提高振動(dòng)篩使用壽命。