浅析堆料机悬臂架的振动

摘要：在设备调试过程中经常会发现悬臂架以及支撑平台处于比较明显的振动状态。就这问题，本文介绍了堆料机在调试过程中对出现的振动现象的处理及相关理论依据。

关键词：堆料机；悬臂架；振动

中图分类号：U664.6 文献标识码：A

1 概述

在设备调试过程中经常会发现悬臂架以及支撑平台处于比较明显的振动状态。振动状态的出现说明机上有若干振动源的存在。作者在堆取料机现场调试过程中根据相关理论对堆料机悬臂架出现的振动现象作了一定的处理。

2 堆料机悬臂架的结构形式

顶堆侧取式堆取料机，其中堆料机部分仅回转不俯仰，堆料机部分形成一体结构。堆料机部分主要由两层回转平台、堆料悬臂架、配重箱、胶带机、回转驱动等几部分组成，通过一套与中心柱固定的回转支承绕中心柱回转，上部通过一套回转支承支撑来料栈桥。两回转平台左侧布置配重箱，右侧布置悬臂架架。臂架采用桁架结构，应用各种圆钢管、方钢管、矩形管、H型钢等制作梁体本身。悬臂架如果将上下转台作为一个整体的刚性体，悬臂架端通过拉杆与上部转台铰接，悬臂架根部与下部转台铰接，形成一个三点静定结构。尾部配重箱与臂架相同，与转台形成一个静定结构。胶带机布置在回转平台及堆料悬臂架上，尾部驱动采用螺旋张紧，头尾滚筒与悬臂架及平台固定。为有效降低悬臂架重量，驱动和张紧均布置在胶带机尾部。头部卸料滚筒与悬臂架固定，不移动。尾部驱动滚筒和增面滚筒通过一个支架连接到一起，驱动装置也直接固定在该支架上。螺旋拉紧机构则一端与平台固定，另一端与该支架固定。张紧机构本身行程较小，为达到较长的张紧行程，在平台上开有一排距离相同的孔，张紧到一定行程后，可以将张紧底座向前移动一个距离继续张紧。堆料机整体结构如图1所示，张紧机构如图2所示。

图1 堆料机布置形式

图2胶带机张紧结构

3悬臂架振动现象的分析及处理方式

堆取料机调试过程中发现悬臂架以及支撑平台处于比较明显的振动状态。振动状态的出现说明机上有若干振动源的存在。

经现场分析，设备振动主要有以下几个原因：（1）设备重心点变化；（2）驱动装置产生的振源；（3）胶带在运动过程中的起伏产生的振源；（4）托辊等产生的振源。

3.1 设备重心点变化

设备重心点在运行过程中相对于回转中心线发生变化，本身不产生振动，但在设备运行时会诱发产生振动。

在设备先期设计时设定悬臂架空载和满载两种状态下分别处于回转中心的两侧，即在设备未带料的状态下，重心位于配重侧，而带料后设备重心位移到悬臂架侧。由于两者相对回转中心平衡，使得设备自身重量对基础原点产生一种交变载荷，这样由于支撑点载荷的变化导致本身为弹性体的钢铁支撑的局部应力和变形发生不断的变化。而如果设备重心始终位于悬臂架一侧或配重一侧的情况下，在任意一侧的载荷都可以看作是一种始终是压应力的变化即应力曲线始终位于中性轴的一侧。

假定堆料机整体为刚性回转体，并假定设备绕轴心以等角速度ω旋转。对于原点O，根据理论力学，可计算堆料机上各质点的离心惯性力向O点简化的结果并得到惯性力系得主矢R0和主矩M0。主矢R0的大小与原点O位置的选择无关，而主矩M0的大小与原点O位置的选择有关。刚性回转体在旋转时，主矢R0和主矩M0的方向随同产生旋转变化，因此而产生对原点的动压力，在基座为弹性基座时回转体系在不平衡惯性力和惯性力矩的作用下产生振动。该堆料机的基座为薄壁圆筒结构，并具有较大的高度，应设定为弹性基座。

3.2 驱动装置

胶带机驱动装置在堆料机悬臂架上是一个重要振动源。其产生振动的机理主要是基座刚性不足。

该机驱动采用单点浮动支撑结构：减速器低速轴为中空轴形式，滚筒轴伸较长，安装时，滚筒轴伸深入减速器空心轴内部，减速器与驱动系的相当部分重量由传动滚筒承受。滚筒与中空轴减速器大多通过胀紧套固定，也有长键、花键等形式，主要取消了联轴节。位于电机方向采用另一点（即所说的单点）通过吊挂、铰支等形式与基础固定。这种结构具有结构简单、维修方便等特点。

单点浮动支撑底部只保留一点，上面电机、减速器等部件可以简化成外力，基座可以简化成简支梁的形式。而常规基座可以近似看作是一个刚性平台。简支梁刚性的大小决定了驱动部的振动情况。

单点浮动支撑结构如果底部支撑点选取完全准确时，滚筒轴理论上不承受剪力，但由于设备布置和制造因素，剪力的产生不可避免。

3.3 胶带运行及张紧

胶带在悬臂架上运行，在宏观上可以认为胶带始终处于一种运行状态，在微分状态下，可以描述成胶带属于波浪起伏运行状态，在两个托辊间时由于自重的存在，在脱离承载托辊后，胶带向斜下方运行，达到一定程度后在接近前方的托辊前开始向斜上方运行。当位于托辊上方时胶带位于最高点。

根据习惯布置，托辊间距基本上是相等的（缓冲部位和头尾部除外），这样每一个微小的胶带产生的振动频率也是相等的，特别是在托辊径跳不一致的状态下，胶带引起的振动很难相互抵消。

在强迫谐振理论中可以把由托辊支撑的胶带看成板的模型，每一段胶带的作用相当于单质量--弹簧的强迫等效模式。由托辊频率Ω形成激振，而等效模型质量和振幅控制着以ω频率工作的单自由度振荡器。

另一方面胶带本身存在制造误差，而其张力在宽度范围内是均匀分布的。这种现象在一定程度上体现在胶带边缘的松弛或张紧、跑偏或一侧产生跳动等。

3.4 托辊

在胶带机运行中噪声主要由托辊产生。托辊和滚筒一样，在实际上也是偏心轮。如果个别托辊径跳较大，严重影响胶带机运行，这作为悬臂架振动的一个重要振动源。

托辊是很多个微小的振动源在同一振动频率下激励悬臂架发生振动现象。但是托辊本身出厂时作过静平衡，加上实际安装的因素，托辊初始的相位不相同，这也说明托辊的振动在一定程度上互相抵消而没有形成共振。根据现场实际观测，悬臂架的振动周期与托辊的运转频率存在着明显的关系。

结束语

堆料机悬臂架振动产生的实际因素很多，现场处理时只是对其中几个主要的振动源进行了处理，如现场通过增加配重调整了设备重心；合理安装驱动装置；对胶带进行张紧三方面，而对滚筒、托辊产生的振动没有处理，振动现象得到很大的减轻。这些说明理论依据的重要性，不能盲目地处理问题。

参考文献

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