机械振动在工程中的应用.pptx

机械振动在工程中的应用 从人类的生活及周围工作环境来说，也到处在利用振动。例如电视机和收音机 中的振荡电路、门铃、电话机、机械表与电子表、挂钟、理发用电推子、各部 门使用的各种类型的振动机、光导纤维通信技术、医疗设备中的彩超、医用CT 和核磁共振、机械设备与结构故障的振动诊断技术等等都是对振动与波动原理 的实际应用，都属于振动利用的范畴。 一、振动现象无处不在 自然界和人类社会中的某一个量随时间或大或小的变化即称为振动。 振动是物质世界运动的一种基本形式，物质世界中的每一个物体及其中的 每一个分子都始终处于振动之中。 毫无例外，人类自身的每一器官也每时每刻都处在振动之中，例如，心脏的搏 动、血液的循环、肺部的张缩呼吸、脑细胞的思维以及耳膜的振动和声带的振动 等，前面所列举的这些振动都有人体对振动的有效利用，离开这些振动人类就无 法生存 从广义的角度来看，在社会与经济生活中看，例如：人口的增长与衰减、 农作物虫灾发生的周期性现象、股市的升跌和振荡、社会经济发展过程中 速度的增长与衰减等，都可以归纳为不同形式的振动。 对这些振动和波动现象进行研究，找出其内在规律并进行有效用就会 对社会产生重大的社会效益与经济效益，为人类造福。 在自然界及宇宙中也到处存在着振动，月亮的圆缺、潮汐的涨落、树 木的年轮、一些树木和花草年复一年的发芽、生长与枯萎等等。 回顾以往的历史，我们可以看到振动与波的利用曾促 使一些科学技术领域与产业部门发生重大的变革，甚至引发某一领 域或产业部门产生新的革命如自同步理论的提出与研究成功地促进 了惯性振动机结构与相应的制造产业的重大变化，可控电磁振动给 料设备的成功应用促使某些工业企业自动化程度明显提高，振动压 路机和具有振动机构的摊铺机的成功应用，使高速公路的修建质量 及使用寿命得到保证与提高，石英振荡器的研究成功引发了钟表工 业的革命，超声电机的研制成功使小尺寸、小功率、低转速电机的 产业产生重大的变革，彩超与医用CT的研究成功使医疗检测与诊断 技术产生了革命性的变化，光导纤维的研究成功促进了通信技术的 革命。 二、机械振动在工程中的实际应用 由此可见：振动与波的利用技术对于人类的生产活动有着很大的 关联。 例如： 在工程地质部门，利用振动所发生的应力波进行检测和地质勘探， 在石油开采中，利用振动所引发的弹性波提高原油产量， 在海洋工程方面，海浪波动的能量可以用来发电， 在医疗方面，利用超声波等诊断和治疗疾病，彩超、医用CT和核磁共 振等， 光导纤维和激光的应用是光波工程应用的范例，具有十分重大的理论 意义与实际价值。 工程中利用振动原理的设备来说，目前成功应用于工矿企业的该类设备举 不胜数。 在许多部门，如采矿、冶金、煤炭、石油化工、机械以及在人类 日常生活过程中数以万计的振动机器和振动仪器已用来完成许多不同 的工艺过程如给料、上料、输送、筛分、布料、烘干。 振动筛 超声波的应用 潮汐发电 1、机械设备故障分析 (1)不平衡。 不平衡就是设备重量与其几何的中心线不重合从 而产生的故障。当转子在旋转时，它的重心在轴承上产生了离心力 作用，这个离心力的大小随转子旋转形成稳定的变化。它的类型分 为：静不平衡、力不平衡以及力矩不平衡。 (2)没有对中。 这种现象普遍存在，而且其产生的影响非常重 要， 由于不对中现象因而增加的旋转作用力将对机械轴承与密封 构件施以异常的加应力。它的类型分为：平行、角度、平行与角度均 不对中。 振动是机械设备在使用中普遍存在的特性， 同时也是机械设备的运行状 态与其故障诊断的重要系数 基于机械振动的设备故障常见的有以下4类： 三、应用举例 (3)部件松动。 部件松动是普遍且易发生的故障，主要情况有： 机械设备的结构框架或者其底座发生松动，产生的后果就是整个机 械设备发生松动同时剧烈振动；另一类情况就是原本在零部件间正 常配合的关系被破坏，从而造成其间隙超过误差范围导致松动。 (4)轴承故障。 其分为滚动轴承故障：疲劳剥落、塑性变形、锈 蚀、磨损、保持胶合架损坏等；滑动轴承故障：巴士合金损坏、松脱、 壳体间松动与间隙过大。 数控机床设备振动故障也时有发生，其中主要故障有： (1)电气元件原因。 编码器及其连接线、电源三相输入、伺服电 动机、驱动板、变频器等电气元件是负责速度信号的反馈与调节速 度的。在此之中，编码器的故障最为普遍。其作为闭环系统检测的 元件，直接对各轴电动机速度调整产生影响，当编码器出现故障致 使其反馈的信号不稳定时，变频器或者驱动部分就会根据其信号不停地对 频率和电压进行调整，以便完成系统给出的指令。而电动 机频繁加减速，导致机床振动。 (2)共振与振荡。 在某特定转速时就可能会出现共振的现象，当出现共振时，所采用 的方式通常是在加工时避免进入共振范围或是利用阻尼法对共振进行消 除。此外机床参数设定不佳，就会引起系统的振荡，发生这种情况时， 对系统放大倍数进行减小可有效消除振荡。 一些小型转动机械振动判断方法可以通过查看它们的轴承箱或 者机壳，如果在这上面看不出来问题，则可以通过它们上面安 装的测温度的设备来判断；也可以通过转动机械在工作时机械 内部的音质来判断，看是否有异音或者是音量不正常的现象出 现；还可以通过感受设备的振动状况来判断。如果发现异常， 就利用振动仪表来测量振动是否超标。 下表分别为国家电力行业轴承振动烈度和振动振幅的标准： 故障诊断 振动筛是一种适合潮湿细粒级难筛物料干法筛分的振 动筛 分机械设备，是目前国内处理难筛物料的振动筛分机 械设 备。振动筛具有大振幅、大振动强度、较低频率和弹 性筛 面的工艺特点。工作过程中始终保持最大的开孔率， 从而筛分效率高、处理能力大，筛板更换方便，降低了成 本。 振动筛超大筛面和大处理能力可满足现场的生产需 要。振 动筛筛子的结构采用多段筛面振动而筛箱和机架不参 与振 动的运动方式，使筛子实现了大型化。 2、振动筛 机械结构 振动筛一般由振动器、筛箱、支承或悬挂装置、传动装置等部分组 成。 振动器 单轴振动筛和双轴振动筛的振动器，按偏心重配置方式区分一般有 两种 型式。偏心重的配置方式以块偏心型式较好。 筛箱 筛箱由筛框、筛面及其压紧装置组成。筛框是由侧板和横梁构成。 筛框必须要有足够的刚性。 支承装置 振动筛的支承装置有吊式和座式两种。座式安装较为简单，且安装 高度低，一般应优先选用。振动筛的支承装置主要由弹性元件组成， 常用的有螺旋弹簧、板弹簧和橡胶弹簧。 传动装置 振动筛通常采用三角带传动装置，振动筛的结构简单，可以任意选 择振动器的转数，但运转时皮带容易打滑，可能导致筛孔堵塞。振动 筛也有采用联轴器直接驱动的。联轴器可以保持振动器的稳定转数， 而且使用寿命很长，但振动器的转数调整困难。 工作原理 振动筛工作时，两电机同步反向旋转使激振器产生反向 激振力，迫使筛 体带动筛网做纵向运动，使其上的物料 受激振力而周期性向前抛出一个射程，从而完成物料筛分 作业。适宜采石场筛分砂石料，也可供选煤、选矿、建 材、电力及化工等行业作产品分级用。 振动筛工作部分固定不动，靠物料沿工作面滑动而使物 料得到筛分。固定格筛是在选矿厂应用较多的一种，一般 用于粗碎或中碎之前的预先筛分。它结构简单，制造方 便。不耗动力、可以直接把矿石卸到筛面上。主要缺点是 生产率低、筛分效率低，一般只有5060%。 机体运动方向垂直于支杆或悬杆中心线，由于机体的摆 动运动，使筛面上的物料以一定的速度向排料端移动，物 料同时得到筛分。摇动筛与上述几种筛子相比，其生产率 和筛分效率都比较高。其缺点是动力平衡差。现在选矿厂 很少用它，而被结构更合理的振动筛取代。 振动筛工作面是由横向排列的一根根滚动轴 构成的，轴上有盘子，细粒物料就从滚轴或盘子间的缝隙 通过。大块物料由滚轴带动向一端移动并从末端排出。选 矿厂一般很少用这种筛子。振动筛工作部分为圆筒形，整 个筛子绕筒体轴线回转，轴线在一般情况下装成不大的倾 角。物料从圆筒的一端给入，细级别物料从筒形工作表面 的筛孔通过，粗粒物料从圆筒的另一端排出。圆筒筛的转 速很低、工作平稳、动力平衡好。但是其筛孔易堵塞、筛 分效率低，工作面积小，生产率低。选矿厂很少用它来作 筛分设备。振动筛机体是一个平面内摆动或振动。按其平 面运动轨迹又分为直线运动、圆周运动、椭圆运动和复杂 运动。摇动筛和振动筛属于这一类。振动筛工作时，两电 机同步反向放置使激振器产生反向激振力，迫使筛体带动 筛网做纵向运动，使其上的物料受激振力而周期性向前抛 出一个射程，从而完成物料筛分作业。摇动筛是以曲柄连 杆机构作为传动部件。电动机通过皮带和皮带轮带动偏心 轴回转，借连杆使机体沿着一定方向作往复运动。 3、振动摊铺及振动压路 振动摊铺机和振动压路机是筑路作业中的关键设备 ，是振动技术在筑路工程中的典型应用实例。振动摊铺机 在工作过程中先将物料撒布在整个宽度上，再利用熨平机 构的激振器对被摊铺物料进行熨平和压实。振动系统决定 了对物料摊铺的工作效率和密实效果，是决定摊铺质量的 关键系统之一。 振动压路机依靠高速旋转的偏心质量块 产生离心力，使振动碾作受迫振动压实路面。装在连接板 上的振动马达带动偏心轴高速旋转，产生离心力使振动碾 振动。装在偏心轴上的调幅装置用于改变振动的振幅，振 动碾由装在梅花板上的驱动马达来驱动。由于在压路机引 入振动，使路面的密实度由90%提高到95%以上，进而显 著提高了其工作质量与使用寿命，这在筑路作业中具有十 分重要的意义。 振动压路机可以按照结构质量、结构形式、传动方式、行驶 形式、振动轮数、振动激励方式等进行分类其具体分类 如下： 1、按机器结构质量可分为:轻型、小型、中性、重型和超重 型。 2、按振动轮数量可分为:单轮振动、双轮振动和多轮振动。 3、按驱动轮数量可分为:单论驱动、双轮驱动的全轮驱动。 4、按传动系统传动方式可分为:机械传动、液力机械传动、 液压机械传动和全液压传动。 5、按行驶方式可分为:自行式、拖式和手扶式。 6、按振动轮外部结构可分为:光轮、凸轮（羊脚碾）和橡胶 滚轮。 7、按振动轮内部结构可分为:振动、振荡和垂直振动。 振动压路机技术不断革新，其发展趋势可归纳为如下几个方 面 1、液压化。液压技术使全液压振动压路机结构简单、布置 方便且操纵简单、省力特别是液压传动使行走系统无级 变速振动系统可根据施工要求在较大范围内调频和变 幅。振动压路机使用性能和应用范围大大改善和提高。同 时液压化为机器自动检测和控制提供了条件。近年来 小型振动压路机和振动平板夯也逐步应用液压技术。 2、机电一体化。计算机技术、微电子技术、传感技术、测 试技术的迅速发展及在振动压路机上的应用,大大提高了 机器性能和生产能力。例如:已实现对振动压路机状态和参 数的检测以及压实密度自动检测,测试压路机可以在工程 施工过程中对压实质量进行监控,智能压路机可以自动调 节自身状态,使之与周围环境及压实材料相适应,优化压实 过程等。 3、结构模块化。生产有不同功能的模块结构和标准附件通过更换模块 和标准附件来改变压实性能和用途及压路机类型。例如：英国柯斯特 尔公司设计生产有平足型、凸块型、Z型等多种轮面结构的套筒或组 合模块，瑞典戴纳帕克公司改进CA15、CA25、CA51机型的设计，使 压路机的一些零部件尽可能通过，便于组织大批量生产。 4、一机多用化。改进振动机构的操作控制，可使压路机具有垂直振 动、振