卧式振动离心机稳定性研究

脱水是使固体物料与水分离，降低湿物料水分的有效方法，也是湿法选煤厂的重要环节。离心机是湿法选煤厂末煤脱水的主要设备，其结构类型主要有三种:卧式振动离心机、立式振动离心机和立式刮刀卸料离心机，其中卧式振动离心机(以下简称卧振)以其脱水时产品损失少，对物料的粉碎率低，吨煤电耗小，单位处理能力设备质量小，占地面积小，加工件少，易于安装，维修方便，处理能力大等优点而倍受青睐，因此得到了广泛应用。
    目前，国外对卧振的研究开发投入很大，美国、澳大利亚等国均开展了相应的研究开发工作，特别是澳大利亚的煤炭协会、科学与工业研究院等组织相继投入大量的资金用于50～0 mm粒级离心脱水技术与装置的研究。澳大利亚在大型卧振上采用了双质体振动系统，研究结果表明:在不影响脱水效果的前提下，适当改变振动系统主振橡胶弹簧参数和振动系统参数可以提高卧振的稳定性［1］。
    国内对双质体振动离心机的研究不是特别成熟，在稳定性上与国外产品还有一定的差距。由于适当改变振动系统橡胶弹簧刚度比、系统阻尼比能提高卧式振动离心机的稳定性，因此文章对此进行了研究，以期提高卧振的稳定性。
    1·数学模型建立及分析
    通过研究卧振在不同工作状态下的运动形式，确定一个相似的运动过程，由此得到模拟系统运动的微分方程，进而来研究影响卧振动力学过程的参数变化和主要影响因素，并通过对方程的数值分析来研究主要参数的关系。
    1.1模型的建立
    工程中大量的振动问题是不能用单自由度系统进行分析的，一般都要简化成多自由度的系统来解决。卧振系统可以简化成二自由度系统进行分析。二自由度系统在固定的频率下工作，且有其主振动和确定的振型［2－4］。卧振系统动力学模型如图1所示。

               
    式中:m1、m2分别为初级振动质体质量与二级振动质体质量;k1、k2分别为隔振弹簧的刚度与系统中主振弹簧的刚度;c1、c2分别为隔振弹簧的阻尼与主振弹簧的阻尼;x1、x2分别为初级振动质体位移与二级振动质体位移。

               
    1.2模型的简化
    根据现场实际情况，卧振的初级振动质体振幅A1几乎为0，隔振弹簧刚度k1较小，初级振动系统的阻尼c1很小，所以研究稳态响应下理论分析时，其影响可以忽略不计。
    将式(5)代入式(3)中，可得:

    为了更加直观地研究振动系统两个质体的关系，以便更好地优化和改进整个振动系统［9，10］，可以根据需要来设定一些参数，从而将式(9)简化为:

    2·数值分析
    根据实际生产，可知式(10)中的质量比μ是确定的，μ=3;固有频率比是可以测定的，λ=2。在此情况下研究系统阻尼比ζ和弹簧刚度比ρ对振幅的影响。   2.1系统阻尼比ζ对振幅的影响
    系统阻尼比ζ不同时两个质体的响应曲线如图2、图3所示。由图2、图3中可以看出，ζ取不同值时，振动质体的振动响应曲线不同。卧振共振点的位置不受ζ变化的影响，但振动质体的振幅跟ζ有一定的关联。在低频共振点，振动质体振动幅值不随ζ的变化而变化;但在高频共振点，振幅随着ζ的不断增大而逐渐变小;在ζ=0.03时，初级振动质体的振幅随着ζ的不断增大而增大，但二级振动质体的振幅基本无变化，对卧振的影响很小，几乎可以忽略。

            
           
    2.2弹簧刚度ρ对振幅的影响
    弹簧刚度ρ取不同值时振动质体的振动响应曲线如图4、图5所示。由图4、图5可以看出，卧振的共振点的位置和振动质体的振幅受弹簧刚度比ρ的变化影响。随着ρ的增大，共振点左移，即扩大了近共振区间，在较大的范围可以满足实际使用要求;随着弹簧ρ的增大，振动质体的振幅减小;在ζ=0.03时，振动质体的振动幅值受ρ的变化影响较小，振动性能趋于稳定，可以保证系统稳定工作的要求。

          
    研究结果表明:减小系统阻尼比ζ可以降低初级振动质体振幅，增大橡胶弹簧刚度比ρ可以扩大近共振区间，两者均可提高卧振的稳定性。
    3·结论
    (1)考虑到综合成本，应尽量减小系统阻尼比ζ，以减小初级振动质体的振幅，降低机械部分能量损耗，并提高整机稳定性。
    (2)在弹簧刚度比ρ对共振位置和频率影响不大的前提下，应取较大值，以保证整机性能稳定。
    (3)由数值分析可以看出，橡胶弹簧本身具有非线性特性，应充分利用橡胶的非线性特性来进行减震和传递能量，以减小入料不均匀带来的影响，提高卧频的工作稳定性。