砌块成型机的振动对砌块密实度的影响

1、砌块成型机的振动对砌块密实度的影响第1期(总第134期)2006年2月机械工程与自动化MECHANICALENGINEERING&AUToMAT10NNo.1Feb.文章编号:16726413(2006)01004904砌块成型机的振动对砌块密实度的影响金建交,杨世春,何根旺,茹秋生(太厚理Y-大学机械212程学院,山西太原030024)摘要:在分析砌块成型机的振动成型原理,振动成型形式的基础上,主要从振动方向,频率,振幅,加速度,振动能量几个方面论述了振动对砌块密实度的影响关键词:砌块成型机;振动;密实度中围分类号:TU651文献标识码:A0引言砌块成型机是一种用于松散物料成

2、型与密实的机械设备,其生产原料主要为粉煤灰,炉渣以及水泥,石子等.由于其具有环保功能.因此得到了较为广泛的应用.它的核心部分是振动装置,其性能直接决定着机器本身的优劣和产品质量的好坏.因此,振动参数的选择对产品性能至关重要.所谓振动参数是指对振动密实成型效果有直接影响的技术参数,它包括振动频率,振幅,振动加速度和激振力等.以下重点介绍砌块成型机的成型原理,成型方式及砌块成型机的振动对砌块密实度的影响.1砌块成型机的成型原理成型是指砼混合料在模型内流动并充满模型(外部流动),从而获得所需外形的过程.密实是指砼混合料向其内部空隙流动(内部流动),填充空隙而达到结构密实的过程成型和密实是同时进行的,

3、因此,砼密实成型工艺的目的就在于使砼混合料按一定的要求成型并达到结构密实.振动压实的基本原理是:振动使被压实材料内产生振动冲击,被压实材料的颗粒在振动冲击的作用下由静止的初始状态过渡到运动状态,被压实材料之间的摩擦力也由初始的静摩擦状态逐渐进入到动摩擦状态.材料受强迫振动后,由于各颗粒的质量及所处位置不同,所产生的惯性力也截然不同.若惯性力不大,不足以克服颗粒间的摩擦力和粘结力,则各颗粒仍处于原始位置;如果惯性力很大,足以破坏颗粒间的摩收稿日期:200508Ol;修回日期:200509一lO作者简介:金建交(1981),男,浙江会华人,硕士研究生擦力和粘结力,颗粒在其自重力和上层物料重力的作用

4、下相互脱离,发生移位,力图占据最低稳定位置,排除气相和液相,互相挤紧,达到密实.上述关于振动压实的理论,是内部摩擦减小学说的振动压实理论.除上述理论外,还有共振学说和反复载荷学说两种振动压实理论.共振学说的主要论点是:当激振频率与被振压材料的固有频率相一致时,振动压实最为有效.实践证明,共振效果是显着的,说明了这一理论的正确性.反复载荷学说认为材料是由于振动所产生的周期性压缩运动的作用而达到振动压实的效果.在低频范围内,它具有一定的现实性;而在高频范围内(共振频率达到1000Hz以上),并无充足的理论根据.实验表明,在高频范围内,振动作用的效果远远超过反复载荷作用的效果._】2砌块成型机的振动

5、成型形式瞳砌块成型机成型形式主要有振动台振动成型(简称台振)和模箱振动成型(简称模振)两种.从振动成型原理看,台振与模振都是垂直振动,但传递激振力形式有所不同,台振是间接的,模振是直接的.台振式成型机一般是由电机通过皮带轮带动两根带有偏心块的轴产生相向转动,水平方向的离心力互相抵消,垂直方向的离心力互相叠加,从而产生垂直定向振动.成型块数较少时,模箱下面可设1个振动源;成型块数较多时,模箱下面可设2个或多个振动源.振动源多时,由于电机启动快慢及速差等影响,振动不可能完全同步.欧洲制造的设备一般均采用台振,?5O?机械工程与自动化2006年第1期每次成型的块数较多,有的多达18块,但相对振动功率

6、较小,一般每块砌块可分担的振动功率约为lkW-2.2kW.模振式成型机主要有两种,一种是以美国贝赛尔公司为代表的模振形式,即带有偏心块的传动轴直接安装在模箱两端,电机通过皮带轮带动传动轴旋转产生离心力,模箱两端的两个电机转向l卡目反,产生的水平方向离心力互相抵消,而垂直方向的离心力互相叠加,从而产生垂直定向振动.由于电机直接带动模箱振动,所以模箱及其混凝土拌合物的振幅和频率与振动系统一致.但由于附台电机启动快慢及速差影响,模箱两端的振动也不可能完全同步.该种振动肜式的成型机每次成型的块数相对较少,日前最多的为6块,但振动功率较大,每块砌块分担的振动功率为5kw6.2kw.另外一种足以美国哥伦比

7、亚公司为代表的模振形式,装在成型机底架上的振动偏心轴通过连杆机构与模箱相连,使模箱产生乖直定向振动,该种振动形式的成型机每次生产的砌块也不多,振动功率也很大.j3振动对砌块密实度的影响振动对砌块密实度的影响主要取决于振动方向,频率,加速度和振动能量四个方面.3.1砌块振动的方向对砌块密实度的影响砌块振动的方向有难直定向振动,水平定向振动和环向振动三种.一般采用垂直定向振动和水平定向振动,垂直定向振动与水平定向振动具有不同的振动效果,它们对砌块密实度的影响见图.岛掌饰-r-_-一P一,一rjf/i|【02468l0t/s司l+水平l1.一图1垂直,水平定向振动对砌块密买度的影响垂直定向振动的激振

8、力与重平行,在振动过程中振动力必须克服模箱的重量,因此动力消耗大,机器较笨重,噪声也大.采用该种定向振动需对拌合料表面进行加压,振幅值也较大(2mm4ram),模箱上下振动时,加压板随之作难直定向振动,但加压板的运动与模箱运动有一个相位差,这样便产生了振动夯实的效果,生产的砌块耗灰少,不翻浆,底脚干净且表面纹理均匀水平定向振动的激振力与重力成9O.且平行于地面,振动时拌合料沉降速度较快,对台座地坪的冲击力小,振动噪声小,模箱磨损少,所需的功率也较小从图1可以看出,水平振动在头2s5s中振实混凝土的效果比垂直振动好,而在10s以后振实效果更为显着,但在较大的加压值作用下效果就不一定有垂直定向振动

9、好.3.2频率/对砌块密实度的影响从混凝土振动工艺学看,对于不同的被振物料,其最佳的振动频率及振幅都是不同的.所选的频率应尽可能接近物料巾骨料的自振频宰,使其产生共振,达到理想的振动效果.此时衰减最小,振幅可达最大.砌块混凝土拌合物的集料粒径为3ram10mm,理想振动频率为100Hzl25Hz,但对于砌块成型机来说都达不到理想振动频率,美国的成型机频率一般为46Hz,l7Hz;欧洲个别成型机频率高达66Hz67Hz.这主要原因是考虑振动系统的寿命,振频太高,轴承等寿命短,因此般选用44Hz50Hz即可满足砌块振动成型要求.振动变频从理论上看有一定意义,但从工程实践来看,特别是对于振动功率较大

10、的模振成型机来说意义不大,网为实际振动成型时问仅ls2s,在这么短时问内给混凝土拌合物施加小同的振动频率,密实效果不会有明显变化.在激振器,模具等一定的情况下,外阻力不同时振动频率/与密实高度h(把混合料振压前的初始厚度与振压后的厚度之差称为密实高度)的关系见图2,图3.一高频振荡块密实度的影响振幅的选择与物料拌合的流动性有关,振幅过小,机械振动的能量E(j)为:粗颗粒物料振不动;振幅过大,易使物料内部产生涡1.流,降低振动效率.一般对于流动性大的物料,振幅.为O.1mmO.4mm,对流动性小的物料,振幅为式中:振动部分的质量,kg;振动线速度,m/s.图3外阻力很大时不同频率下的密实高度3.

11、4振动加速度a对砌块密实度的影响振动加速度可以说是物料振实效果的综合参数,因为振动加速度是振动频率与振幅两者的函数.振动频率与振动加速度对砌块的振动密实效果起关键作用.图4,图5分别是加速度为10g,15g,20g时在各种频率下振动2s后和10s后的容量情况.从图4得知,加速度为lOg20g时振动2s后振实效果最好的频率为5OHz(3000次/min).从图5得知,在振动时间持续10s后,相应于1O擘加速度值的最佳频率为50Hz,相应于20g的最佳频率为100Hz(6000次/min),其相互关系可表示为:a/f=2.鼎2loObUl【x】lbuUUf/图4各指定加速度在各频率下振动2s后的容

12、重由上述可知,成型机在振动成型过程中头2s3s的捣实效果是关键.合适的振动频率与振动加速度是成型机良好性能的保证.因此合理地确定振动加速度是很必要的,振动加速度太小,振动延续时间加长,振动不密实;振动加速度太大,将会造成振动功率的浪费,并需加强振动系统的结构.240O薯230022002loO50loO1502130250f/Hz图5各指定加速度在各频率下振动l0s后的容重把一,一2兀f代入上式,得:E一(手(1)式中:振动角速度,rad/s.若将导一2代人式(1)可得每公斤混凝土所需的能量E.(J)为:E0壶一0?005J.平均功率P(J)为:P一FA石sinf.(2)式中:F激振力,N;振

13、幅值,in;相位差角,(.);了”-周期,S.那么每公斤混凝土所需能量E.(j)为:E0一Pt.(3)式中:振动时问,s.激振力F(N)为:FA(一m)l+(tanf).(4)式中:K一支承点刚度系数.由式(1)式(4)可见,振动质量一定的情况下,振动功率大,激振力就大,所以模振成型机振动成形时间短,砌块密实度高.由此可见振动密实效果好坏的关键是激振力的大小,因此加大台振的振动功率,提高激振力,可缩短振动成型时间,提高振动密实效果.混凝土振动密实成型还有一个参数叫振动延续时间.也就是说混凝土拌合物受振后需要一个互相填充密实轨一?52?机械工程与自动化2006年第l期的时间,因此过分加大激振力,

14、提高振动加速度也不可能在瞬间使混凝土得以密实.目前模振成型机的振动加速度约为1Og19g,振动成型时间约为ls3s;台振成型机的振动加速度约为5g8g,振动成型时间约为3s5s对于振动成型时间仅有1s2s的模振成型机,再提高振动功率,加大激振力,意义也不大.4结束语(1)水平振动在头2s5s中振实混凝土的效果比垂直振动好,而在10s以后振实效果更为显着,但在较大的加压值作用下效果就不一定有垂直定向振动好.(2)被振物料外阻力较小时,低频激振,振幅大,密实度值大,密实效果好;被振物料外阻力大时,反之.(3)加速度的选择应符合a/f=2.(4)振动能量提高,密实度也提高,但在振动延续时间内,提高振

15、动能量没有意义.参考文献:1王玲娟.沥青稳定碎石基层混合料设计方法和路用性能研究D.安:长安大学硕十学位论文.2004:6566.2严理宽.混凝土砌块生产与应用EM.北京:中国建材工业出版社,1992.3BKBaiden,CK0Asante.EffectsoforientationandcompactionmethodsofmanufactureonstrengthpropertiesofsandcreteblocksJ.ConstructionandBuildingMaterlals,2004(18):717725.4韦庆杰.彩色地面砖的成型和应用J.建筑机械.1998(8):30叫4.EffectofBlockFormingMachineVibrationonBlockCompactnessJINJianjiao,YANGShichun,HEGenwang,RUQiusheng(CollegeofMechanicalEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology.Taiyuan030024?China)Abstract:Basedonthevibrationformin