電磁振動給料機(jī)原理

1、種子定量電子秤電磁振動變速給料的原理與應(yīng)用王紹俠高剛?cè)A【摘要】通過對電磁振動給料機(jī)基本工作原理的理論分析，論述了定量電子秤電磁振動給料機(jī)變速給料的原理并導(dǎo)出變速給料的實用方法，同時還簡要介紹了DSCZ-4型種子定量電子秤應(yīng)用該原理與方法實現(xiàn)變速給料的試驗結(jié)果，證實了用一套電磁振動給料機(jī)通過變速給料分別、先后完成定量電子秤要求的粗、精兩個給料過程的合理性與可行性，以及采用這種變速給料的方式與機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本較低和稱量斗偏重小等方面的優(yōu)越性。敘詞： 種子電子秤電磁振動引言定量電子秤的給料有4種方式：電磁振動給料、自重落料、螺旋輸送給料、皮帶輸送給料。電磁振動給料輸送平穩(wěn)可靠，便于電腦

2、聯(lián)控，在中小型定量電子秤中應(yīng)用最廣。一般的做法是用兩套電振給料機(jī)分別完成粗、精給料，以達(dá)到電子秤對稱量速度與精度的要求。這兩套給料機(jī)有并排平列及上下疊列兩種方式。平列式占據(jù)較大空間，同時會形成稱量斗偏重而影響精度；疊列式占據(jù)空間更大，有時還需另配備一套給料機(jī)，為該兩套給料機(jī)供料，所以結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。如果一套電振給料機(jī)能分別、先后完成粗、精給料過程，則既可簡化結(jié)構(gòu)、縮小體積、降低成本，又可減小因稱量斗偏重所產(chǎn)生的誤差。為此，要求該給料機(jī)必須能變速給料。為了實現(xiàn)這個設(shè)想，電磁振動給料機(jī)應(yīng)做到兩點(diǎn)，一是物料輸送速度能改變，二是給料槽送料截面能改變。后者在結(jié)構(gòu)上、動作上都不難實現(xiàn)；前者的實現(xiàn)涉及電磁振動

3、給料機(jī)的基本原理，必須先從理論上探索其合理性與可行性。圖1電磁振動給料機(jī)作用原理圖1電磁振動給料機(jī)的輸送原理 在電磁力的作用下，給料槽的槽體沿S方向作簡諧振動，見圖1。為振動角，G為物料顆粒的重力，Ny和Nx分別為槽體對物料顆粒作用力的垂直分量和水平分量。槽體的位移、速度與加速度分別為S=a1(1-cos2ft)S=2fa1sin2ftS=42f2a1cos2ft式中a1槽體沿S方向的振幅，mf振動頻率，Hzt時間，s在物料顆粒隨槽體一同運(yùn)動的階段，物料顆粒的位移、速度及加速度與槽體是一致的，所以槽體對物料顆粒作用力的垂直分量與水平分量分別為物料產(chǎn)生拋擲運(yùn)動的條件是Ny-G0即(1)令K=42

4、f2a1/g，T=Ksin。其中，K稱為機(jī)械指數(shù)，T稱為拋擲指數(shù)。這樣式(1)可以簡化成GTcos2ft-G0(2)當(dāng)T1時，t在任何瞬時式(2)都不能成立，所以物料不能產(chǎn)生拋擲運(yùn)動。圖2槽體與物料的垂直位移與槽體的垂直加速度曲線當(dāng)T=1、時，cos2ft=1，此時僅能滿足Ny-G=0的臨界條件。它的意義是物料剛被拋起，就立即原位落回槽體，實際上仍不能作拋擲運(yùn)動。當(dāng)T1時，GTcos2ft-G0得到滿足，物料就可以被連續(xù)拋擲。圖2中yG為物料垂直位移，yR為槽體的垂直位移，ts為物料開始被拋起的時間，ta為物料落回到槽體的時間。在式(2)得到滿足的ts瞬間，物料被拋起并在水平分量Nx的作用下沿

5、拋物線軌跡向前運(yùn)動，在ta瞬間落回到槽體，然后在ts+1/f的瞬間又被拋擲。ta-ts為物料空中運(yùn)動時間，它可以跨越一個或幾個槽體振動周期。令p為物料運(yùn)動周期與槽體振動周期的比值，物料的運(yùn)動周期為(p)/(f)（p為正整數(shù)）。令np為拋擲時間與槽體振動周期之比（稱為跳躍系數(shù)），則有（ta-ts ）f=np。理論推導(dǎo)可以得出T、np之間的關(guān)系式圖3物料拋擲跨越(p-1)個槽體振動周期的示意圖圖4跳躍系數(shù)np與拋擲指數(shù)T的關(guān)系曲線但此式計算很繁瑣，已將此式計算后繪制成曲線，如圖4，可以從圖4中直接查出近似值，設(shè)計時較為方便。根據(jù)電磁振動給料機(jī)基本理論公式，物料輸送速度可由式(3)或式(4)計算 (

6、3)(4)式中修正系數(shù)，不同物料在輸料槽中輸送，具有不同的值，由試驗求得g重力加速度，9.8m/s2np跳躍系數(shù)f給料槽振動頻率，Hz振動角，一般取20或25a1槽體振幅，mK機(jī)械指數(shù)由式(3)、(4)可見，輸送速度受f、a1共同制約，而f、a1又通過相互關(guān)聯(lián)。由此可見，改變電振給料機(jī)的頻率或振幅，或者二者同時改變，是實現(xiàn)改變送料速度的途徑。圖5電磁振動給料機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1.連接叉2.給料槽3.電磁鐵4.銜鐵5.基座6.板彈簧7.減振彈簧2電磁振動給料機(jī)的振動原理 電磁振動給料機(jī)是一個雙質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)迫振動系統(tǒng)，圖5是它的結(jié)構(gòu)簡圖，它的結(jié)構(gòu)經(jīng)過簡化可以看作是一個雙自由度的雙質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)迫振動系統(tǒng)。圖6是該系統(tǒng)運(yùn)

7、動原理圖。圖6中m1稱為前質(zhì)量，包括圖5中的給料槽、聯(lián)接叉、銜鐵及給料槽中料重的20%；m2為后質(zhì)量，它包括基座、電磁鐵等；板彈簧的質(zhì)量一般分?jǐn)傆趍1和m2。系統(tǒng)的工作是利用機(jī)械共振的原理，以較小的功率消耗，產(chǎn)生較大的機(jī)械效能。根據(jù)雙質(zhì)點(diǎn)振動系統(tǒng)強(qiáng)迫振動的運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)的研究，這兩個質(zhì)點(diǎn)的振幅與它們各自的質(zhì)量成反比，即有m1/m2=a2/a1，根據(jù)振動力學(xué)進(jìn)一步推導(dǎo)可以論證（本文從略），這種雙質(zhì)點(diǎn)振動系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動的固有頻率可以簡化成一個折算質(zhì)量為m、彈簧剛度為k的單質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)迫振動系統(tǒng)的固有頻率來計算，如圖7所示。這個系統(tǒng)的兩個重要參數(shù)計算方法如下式中m折算質(zhì)量0系統(tǒng)固有角頻率，rad/sk彈簧

8、剛度圖6雙自由度的雙質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)迫振動系統(tǒng)運(yùn)動原理圖圖7單質(zhì)點(diǎn)強(qiáng)迫振動系統(tǒng)圖這個系統(tǒng)力的平衡方程式為mx+(r+c)x+kx=Fsin(t+)式中x相對位移r、c系統(tǒng)的外阻力系數(shù)與內(nèi)阻力系數(shù)F激振力起始相位角激振角頻率這個方程的特解為經(jīng)過移項，上式又可寫為式中動力系數(shù)A相對振幅，m力與位移的相位角Xst在力F的作用下，振動系統(tǒng)彈簧的最大靜變形xst振動系統(tǒng)彈簧的瞬時變形由機(jī)械振動學(xué)可知，有阻尼的單自由度強(qiáng)迫振動系統(tǒng)中，其動力系數(shù)與調(diào)諧值Z及衰減系數(shù)b之間有如下關(guān)系(5)式中n阻尼系數(shù)，h與速度成正比的阻力系數(shù)，h=r+cb衰減系數(shù)，圖8動力系數(shù)和調(diào)諧值Z的關(guān)系曲線圖8是、Z的函數(shù)曲線，b是參變數(shù)。由

9、圖8可以得出以下結(jié)論： 動力系數(shù)的意義就是雙質(zhì)點(diǎn)振動系統(tǒng)在激振力F作用下的相對振幅A與主彈簧在F力下的靜變形Xst之比，即=A/Xst。由圖8可看出，在近共振區(qū)工作時(/01) ，動力系數(shù)總是大于1，即=A/Xst1。電磁振動給料機(jī)利用這種機(jī)械共振原理，以較小的激振力得到所需的相對振幅。為了保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，工作點(diǎn)選在Z=/0略小于1的位置（一般在0.9左右）。3電磁振動給料機(jī)給料量的調(diào)整方法一套電磁振動給料機(jī)分別、先后完成粗、精給料過程，這就要求該給料機(jī)在工作中至少有兩種給料量的工作狀態(tài)可供切換。為此要求該給料機(jī)給料槽的截面可以調(diào)整（即改變給料層厚度），同時物料輸送速度也應(yīng)能調(diào)整。圖9控

10、料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖1.給料槽2.連桿3.控料板4.彈簧5.支架6.電磁鐵3.1給料槽截面的調(diào)整給料槽截面調(diào)整不難實現(xiàn)。圖9是一套控料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖?？亓想姶盆F的電源由電子秤執(zhí)行電腦控制其通斷，粗、精給料分別對應(yīng)控料板大小兩種不同開度，完全由執(zhí)行電腦控制。這樣一套控料機(jī)構(gòu)既簡單可靠，又容易由電腦準(zhǔn)確聯(lián)控。3.2物料輸送速度的調(diào)整方法由前所述，物料輸送速度與激振頻率f成反比，與給料槽的振幅a1平方根成正比。f改變導(dǎo)致振動系統(tǒng)調(diào)諧值Z的改變，從而工作偏離共振區(qū)，降低工作效能或工作穩(wěn)定性變差。所以只有調(diào)整給料槽單振幅a1來調(diào)整物料輸送速度才是切實可行的。下面詳細(xì)闡述通過調(diào)整給料槽單振幅a1來調(diào)整物料輸送速

11、度的有關(guān)問題與實現(xiàn)途徑。a1是振動系統(tǒng)前質(zhì)量m1的單振幅，它與后質(zhì)量m2的單振幅a2的關(guān)系為：a1/a2=m2/m1。又如前所述，動力系數(shù)=A/Xst,Xst為在激振力F的作用下彈簧的最大靜變形，所以Xst=F/k，因此就有=Ak/F和F=Ak/。將式(5)代入F=Ak/式，則有(6)由于有m1/m2=a2/a1，則折算質(zhì)量又因，將此式代入式(6)，則有如果略去阻尼系數(shù)，則(7)根據(jù)電磁力的計算公式，半波整流激磁的激振力應(yīng)為(8)比較式(7)、(8)得(9)式中U交流電源電壓，Vf0系統(tǒng)固有頻率，Hzw電磁鐵線圈匝數(shù)S磁極總面積，m2當(dāng)給料機(jī)既定，除a1、U以外，所有參數(shù)均為常量。由式(9)可

12、見，U與成正比。而由式(4)可見，物料輸送速度Vcp與也成正比。所以，物料輸送速度Vcp與交流電源電壓U成正比。由此可見，調(diào)整交流電源電壓即可實現(xiàn)對物料輸送速度Vcp的調(diào)整。4DSCZ-4種子定量電子秤電磁振動給料系統(tǒng)DSCZ-4種子定量電子秤是種子計量包裝線中關(guān)鍵設(shè)備。該系統(tǒng)給料機(jī)按粗給料的給料速度和料層厚度設(shè)計它的基本參數(shù)，然后根據(jù)精給料的要求，計算精給料時的給料速度和料層厚度，再根據(jù)前節(jié)的探討，大體計算精給料時的電源電壓。4.1給料機(jī)粗給料時的基本參數(shù)取K=7.5，=20，T=Ksin=2.56，p=1，m1=3.5631kg，m2=9.7980kg。給料槽截面上口 0.165m，下口0

13、.135m，高度H=0.07m振動角=20電磁鐵鐵芯截面S=1.21610-3 m2交流電壓U=220V線圈匝數(shù)w=1417調(diào)諧值Z=f/f0=0.9，f=50Hz固有頻率f0=55.55Hz前單振幅a1=0.00075m后單振幅a2=0.000273m取np=0.83，以稻種為計算物料，取=0.85。根據(jù)式(3)求出粗給料的輸送速度為Vcp=0.158m/s。4.2精給料的參數(shù)確定精給料需保證在規(guī)定的時間內(nèi)，補(bǔ)足剩余的稱量值，這里精度要求是首先需要保證的。根據(jù)DSCZ-4定量電子稱的主控電腦的采樣速度和稱量精度要求，精給料時的給料量在2s之內(nèi)，不大于0.2kg。以稻種為例，精給料時給料槽開度

14、（即料層厚度）取0.015m為宜。這時輸送速度可以由下式計算式中Q物料單位時間輸送量，kg/s，這里取Q=0.1kg/sR物料密度，稻種為550kg/m3 s料層截面，m2計算得，Vcp= 0.114m/s。則由式(3)可得np=0.71。由圖4查得，當(dāng)np=0.71時，T=1.87 。由T=Ksin,得K=5.47（粗給料時取K=7.5）。根據(jù)K=42f2a1/g,則a1=Kg/(42f2)=0.00054m（粗給料時a1= 0.00075m）。將Z=0.9，f=50Hz,f0=55.55Hz,w=1417,m1=3.5631kg，a1=0.00054m,s=1.21610-3，代入式(9)

15、得U=57.73V。由于計算時忽略阻尼值，所以實際選用時先用調(diào)壓器從60V開始逐漸升壓，試驗其效果，最終選用80V。5結(jié)論(1) 調(diào)整激振電壓以實現(xiàn)電磁振動給料機(jī)物料輸送速度的調(diào)整，在原理上和實用上是合理可行的。(2) 電磁振動給料機(jī)通過改變激振電壓和改變送料截面實現(xiàn)變速給料是合理可行的。(3) 用一套變速給料的電磁振動給料機(jī)為定量電子秤給料，可以分別、先后完成粗、精兩個給料過程，從而使給料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡化，縮小了體積，降低了成本，同時減小了因稱量斗偏重所產(chǎn)生的誤差。 收稿日期： 19980409王紹俠農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所高級工程師， 210014南京市高剛?cè)A農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所高級工程師參考文獻(xiàn)1機(jī)械工程手冊、電機(jī)工程手冊編輯委員會編輯組.機(jī)械工程手冊(4卷第21篇第2、7章).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.2清華大學(xué)力學(xué)系 編.機(jī)械振動(上冊第2、3章).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980.3美謝 F S，摩爾 I Z，享克 R T 等著.機(jī)械振動理論及應(yīng)用.沈文均，張景繪 譯.北京：國防工業(yè)出版社，1984.4電磁振動給料機(jī).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1973.5聞邦春，劉鳳翹.機(jī)械振動的理論及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.THE PRINCIPLE AND TES